v. 2. - TESIUAMI

091208
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA- IZTAPALAPA
c .B í , .
LICENCIATURA DE: "INGENIERIAEN ENERGIA"
SEMINARIO DE PROYECTOS
ASESOR: DR. JUAN JOSE AMBRIZ
A
COORD1NADOR:M. EN ING. RODQLFO VAZQUEZ RODRIGUEZ
Febrero 1989
2
I.
O91208
11.
i
111.
Iv.
V.
.
.
v: 1.
v. 2.
TIYO
v. 2. A.
v. 2 . 3 .
v. 2. c.
V. 2. D.
v. 2 . 2 .
3
091208
V. 2. F.
V. 2. G.
V. 2 . H .
V. 2.1.
V. 2 .
J.
V. 2°K.
V.2. L.
BALANCE TERM1 CO.
VI.
VI. 1
V1.2
VI1
CALCULO II2L COEFI CI MJTE DE THIINS,'CI 71 VI DAD.
CALCULO U;:, L A ABBOHTAi4CIA DS LA P L A C A .
CALCULO DLL COZFICIENTU TOTAL DE PERDIDAS.
CALCULO DEL COdFICIENTE Cg Ti?fiNSF2?iiNCIA
DE
CALOR
ENTRE EL ?LUIDO Y EL TUBO.
CALCULO DEL FACTOR
DE
EFICIENCIA DEL COLEC
TOR.
CALCULO DEL .FACTOR DE REYOSI ON.
CALCULO DaL PORCZNTAJZ CUBIEBTO POR EL SIS
TEMA SOLAR.
.
VIVIENDA PROTOTIPO DS LA PAZ B. C. S .
VIVIENDA PROTOTIPO D~ SAN L U I S POTOSI S. L. P.
CONCLUSIONES Y RZCOMEITDACIONES.
NOL?ENCLATURA.
B I BLI OGRAPI A.
-
I
091208
J
I
5
091208
-
Hast2 ahorz l e :nayor p F r t e de 18. ener,yia Cel mundo se
h a o b t e n i d o a. p a r t i r de las r e s e r v z s f ó s i l e s
t r b l e o , p e r o a n t ee li n i n i n e n t e
decarbOn
y pe-
agotaaie.pLto de e s t z s r e s e r v c s
e s p r e c i s o c o n s i d e r e r otras p o s i b l e s f u e n t e s
.
-
de energia.¿Cu&
las f u e n t e s de e n e r g i a que l l e g a r b a satig
les p u d i e r a ns e r
f a c e r l a demzn&sundial?
Con l a ajlarición de IC energf2. nu-
c l e a r s i n duda se h 2 a b i e r t o una p o s i b l e s o l u c i 6 n a l a dernan
C o n l a ayuda de e s t af u e n t e
d a d e erzergia.
--
de energiz. la
c r i s i s p u d i e r a a p l a z a r s e l o s u f i c i e t x t e como para d e s a r r o l l z r
la t e c n o l o g i a que p o d r í a c r e a r
un r e a c t o r de f u s i 6 n 0u.e
SU&
n i s t r e l a e n e r d a por un p e r i o d o i n d e f i n i k n e n t e largo. d s t z
s o l u c i b ne s
por l o que s e a p r e c i a a largo plazo, y a que l o s -
aue t e n e r aden&s un grm aarpen-
r e a c t o r e sd i s e ñ a d o st e n l t r 8 n
ves de su e v o l u c i 6 n , s6Lo podrfa Ileqar a s e r ukm s o l u c i 6 n para l a s n a c i o n e s r i c a s , ya que son las Gnicas auepueden
-S s t a fuente de e c e r g i a c o a 0
deseguridad.
p e r n i t i r s ee lf i n a n c i a m i e n t o
de las i n v e s t i g a c i o q e s y f z b r i ,
c a c i b n de e q u i p o s b & s i c o s n e c e s z r i o s
qantenimiento.
se ha v i s t o a tra
L a s g a c i o n e s pobres n o sonca.a8ces
gar d i c h a s i n v e r s i o n e s p o r su a l t o c o s t o , n i
en e l f u t u r o ,
e l tiempo.
VL
acrecent&nC.oseco:lforae
Para l o sp z i s e s
de sufra-
l o po6rfinhEcer
ya que e l 2 i s t m c i m i e : n t o e c o n 6 a i c o
mente d i v i d e al mundo
-
:)ara su i n s t a . l a c i 6 n y
que actual,
va pzsando-
sub-desarrollados, conoXBxico,-
e l p r o b l e a a e n e r g e t i c 0 e s d i f e r e n t e a 12s naciones d e s s r s o -
-
lladas, debido a que n e c e s i t a n c a n t i d a d de eiles,Tfa m6s nodes
tas y, e no c a s i o n e s ,
em 1u.ya.res a i z l s d o s y dis::,ersos.
En XTBxico, l a d i s p o n i b i l i d ? d d e en.er,gia solar e s auy a&
t a enconparacibn
cot? e l r e s t o d e l m n d o , e-n v i r t u d d e que
se encuentrz. d e n t r o &el ci:qt,arb;l d? i n s o l s c i ó n :,18xi;na d e l
rnundo, c o n s t i t u i d a e n t r e las l c t i t u d e s 35
E l p r o n e d i oa n u ó l
O
Sur y 35
O
--
Borte.
de l e eileryfa solar r e c i b i d a (liE!ria:,leq
2
t e e nX B x i c oe q u i v a l ea y r o s i n a 2 z n c n t e
a 5 . 5 Kwh/m
, -
de rnayor i n s o l z c i 6 n re eT.?cuent,rz e?
.
La
Z O ~ E
e l . 'lqoroeste d.el p a S S ,
--
6
091288
donde s e lle,.Ta a d c a n z a r los 8 Xwh/a
n e n t e de r a d i a c i 6 nd i r e c t ae s
muy
2
en Versno y cup. co:n?g
alt~l..
LC: rnenor ic.cid.enciz.-
solar, s e r e T i s t r ae n
los E s t a d o s de l a v e r t i e n t e del G o l f o -.
2
d e ,:T&xico, q u e e s a n r o x i ; a z d m e n t e 3.5 Kwh/;n
en l o s meses 32
nos s o l e a d o s d e I n v i e r n o , t e n i e l l d o una m y o r c a n t i d z d de rc
-
d i a c i 6n d i ;Fv,sa., ( E i e r d m d e z , Z v e r a r d o ) .
S x i s t e n v a r i s s foraes d.e a ; m o v e c h a n i e z t o de l a e a e r , y i a
-
solzr d i r e c t a corno puede a p r e c i a r s e ei.1 e l siiwie.?-tediagralna(Castellanos, Alfonso)
Una d e las maneras co,no se aprovecha l a e n e r g i a solar d2
r e c t a e s en l a ; " C l i m a t i z z c i 6 n S o l a r Pasiva" en la v i v i e n d a ,
"dediante un p r o g r a m de i n v e s t i g a c i b n c o : ~j u n t a e n t r e
li
UKAX y e l IXFOYAVIT,
de v i v i e n d ad ei n t e r 6 s
sedisei;.aron
la
y construyeron p r o t o t i p o s
-
social, en los que se han incorporado-
.
"
7
be e s t e ! ~ r o . y r a m s , e s optiwnizar l o s
o\);jctivo:)ri;2ciFal.
d i s e z o sc r q u i t e c t ( j n i c o s
a!llicaci6n
(38
d
d.e la, vivier?da I?TiXjl?AVIT,
tecnolo;?ias solares,
inedirrzte la
-
m e ' nroporcionen co:lfort
tkrmico, a,mbie:rtzl a l c . , v i v i e n d a s ;e s t or e p e r c u t i r 5
en e l
be-
be los d e r e c h o h a b i e n t e s .
n e f i c i oe c o n & n i c od i r e c t o
Los a l c a n c e sp 1 e : l t e a d o s 'en e s t eo r o y e c t o ,
son -oor dem&s-
a,-nbiciosos y de p a n u t i l i d a d 'v8ra e l f u t u r o de l a vivienda.
de i n t e r 6 s social.
-
%stos
-
son:
y pasivz e a l a vii
L o , v a r s i s t e r n s . sd ec l i n a t i e a c i b nn a t u r a l
v i e n d a de c o n s t r u c c i b nm s i v a ,
q u es e a nt b c n i c a
y econ6:ni-
camente f a c t i b l e s y ve;I!;ajosos.
-
i h p l e a r 1.0s a a t e r i z l e sc o n v e n c i o n s l e s
de c o n s t ~ u c c i b n , en-
foraa. 3 6 s adecuada y r o c i o n a l ,r e f e r e n t e
a sus c a r a c - L e r i s -
t i c a s t e r m o f i s i c e s y su c o a p a t i b i l i d a d cog e l c l i a a re.yional.
-
E l e v a r la c a l i d a d de vida de l o s d e r e c h o h a b i e n t e s , proporc i o n b d o l e s u n 2 vivienda.digna
h i . y i h i c a y c o n f o r t a b l e g r z c i a s a l aprg
c i o n z l ,s a l u d a b l e ,
v e c h a r n i e n t od i r e c t o
-
-
y d e c o r o s a y a su vez f u n
c i n d i r e c t o del. m 1 .
-
B e s a r r o l l a r una t e c n o l o c i a t e adecuacibh c l i n k t i c a en v i
viend8.s de i n t e r e s s o c i d , que s e a a p r o p i a d a alas n e c e s i d k
d e s ,c o s t u m b r e s
toÚltino
Este
es
surnmenteim7orta.nte.
p r o p a m a ? i l o t o se l l e v b
CiudadCua.uhthoc,
L.P.,
e i d i o s i n c r a c i a de la poblacibn,sielzdo
Chih.,
LE
8
cabo e 3 h q z r e s como:
-
San Luis P o t . o s i , S.
? m , 3. C. S . ,
err b a s e a 0lj.e p r e s e , l t a n c a r a c t e r i s t . i c a sc l i n a t o l 6 C i c a s -
r e p r e s e n t a t i v a s de .al.-unos de l o s climes in5s i:noorl:nc~tesd e l pais, e.l+yunos de e l l o s
<..e
t i p oo x t r e a o s o .
En la c l i : . m t i z a c i 6 r , s o l n r pasiva de, l a s Casos S o l a r e s se
ayrovecho. l a a r q u i t e c t . u - e d e 12 !nis:;m v i v i e n d s ,
2Erz.
nl;necen.ar y c i i s t r i b u i r 2.a e r e r T i z c a l o r i f i c a .
Gstz u t i l i z ~ c i 6 n
de la. ener,Tla. solar riariiva s e ver-& &.e1;~].12&~::ae,1te
colectar,
e l ctr,j.t!,
"
l o 111 d e e s f e t r z l x e . j o .
.._I
.-
.
"__.,_,
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..~.~..*..
. .)
8
l?z,ra. g.poyo d e la. c?!i:na.tiza.ci6n :,c.siva s e u t i l i z ó la
bina 36lica".
Fur
.-
La e x p e r i c :cis en. l a u t i l i z a c i b n 6.e estas t u r b f
n c s , ha de:nostrzldo flue l a c 1 i ; a c t i z a c iÓn s o l n r e b l i c a e s
W1z.
-
~ o l t t c i 6 nal p r o b l e q a ?.e. v m t i l e c i b n y en.frianien'iao d e las v i v i e g d a s y r e s u l t a . ade:n5.s,
l o s s i s t e q a se f e c t r o n e c 8 n i c o sc o n v e n c i o n a l e s
xtiva.
a
econbmica,ncntevezttajosarespecto
de c l i a a t i e a c i 6 n
Otra forma en nue, s ea p r o v e c h z d
. irect2nente
Is e n e r -
gia s o l a r en l a s Czszs Solares e s por a e d i o de usar"Yi.sternas
de C a l e n t a d o r e sS o l a r e s
c m e n t ee n
de A . p m " .
bask
E s t es i s t e m ac o n s i s t e
un c o l e c t o r solar p l a - . ~ oc o m e t a d o a untanque
z l n a c e n a a i e n t o% & m i c o
-
de
3 s t o s s i s t e - n a s pasivos
o termotanque.
opera2 s i n n-ecesidad d e o t r a sf u e n t e s
de ener,yia, pue&. q u e , -
por convecci6m m t u r a l o a traves d e l a placa
e lc i r c u l a
a b s o r b e n t e c a n d o e l t a a q u e be z1;nacenamie n t o se e x u e n t r a
S&
tuado a un n i v e l m&s alto m e e l c o l e c t o r .
--
c u e n t ac o n
E l termotaque
rejillas o un s e r p e n t i n . ? o r e l que c i r c u l a e l
que d e s p u e sd ec a l e n t a r s e
en e l c o l e c t o r 2 l a n o , pasa a l a pay:
t es u p e r i o rb e lt a n q u e ,m i e n t r a s
-
que e l agua f r i a seetlcuen
t r a en l a p 2 r . t e i n f e r i o r d e l t e r s o t a q q u e
dad a l c o l e c t o r .
agua
que l l e p p o r grave-
' E l a n a l i s i sd e lc o l e c t o r
solar ? l a n o ( p a r t e
rnedulzlr de l o s s i s t e n a s calentadores solares de a+=),
r& a m p l i a n e n t e a travgs d e l c a p l t u l o
V
.
se ve-
P o r bltirno, otra. f o r m de usar le e n e r g i a solar en forma
d i r e c t ae sm d i a 2 t e
l a c o n v e r s i b nf o t o v o l t 5 i c z
Estas conver;r.i6n se basa e - : ~
las prg
lar en e n e r , q i ae l e c t r i c a .
piedadesde
de e n e r g l a so-
a l L p n o s s ó l i b o s c o l l o c i d o s como s e m i c o n e u c t o r e s ,
que p e r m i t e n m n e r a r u-na czr.cii e l 6 c t r i c E ic p p a z) d ep r o d u c i r
t r a b a j o f i t i l al e x p o n e r s e
E
Is. luz so1a.r.
--
3stz.f. c e l d a sf o t o -
v i l t A i c z s s e unen para formar p á n e l e s 10:: c u a l e s s e ali:ne.?tan
8
l h p a r a s q u e i l u m i n a n c i e r t o s l u p r e s d e las C E L S Z - S S o l a r e s .
L o s { I r i n c i p i o s . de funcionamierlto y lac c a r a c t e r i s t i c a s cie l o s
p g n e l e s f o t o v o l t 6 i c o s s e ver5n e . ~ . , e lcapitulo I V d e e s t e t r a -
ba$o.
J
En la. parte f i n s 1 ¿?e e s t e t r a b a j o se hCz2t-d e l
n e r d de e n e r g i a " ,
"
5al;.,nce
t~&
to:naIdo en cuerlta l a s :rra;ia:lcias y p k r d i d a s
g e n e r a l e s de l a vivienda. debido a l a s c o n t r i b u c i o n e sp a s i v a s . Xstas ganancias y p e r d i d a s se c a l c u l a r & n e n base 2 la t e o r f a -
d e l capit,ulo 111 donde se a n a l i z a l a "Climatización Pc,sivz de
la Vivienda"y del ltBa.lance E n e r , d t i c o de la Viviendd',que
r& en e l c a p i t u l o VI.
sg
,
"""-
Il
..
11.1
""_
N A T U ~ ? B L S Z A
Pars. la m e j o rc o n p r e n s i 6 n
ce e l uso
-
de 12s p o s i b i l i d a d e s que o f r e
la e n e r g í a s o l a r e:.l 1z v i v i e n d a , e s c o n v e n i e n t e
c o n o c e r z l p n o s c ~ , - ~ c e n t obs& s i c o s de l a n a t u r a l e z a d e l s o l y
de l a e n e r g í a qye Este eraite p o r fenómenos radiativos.
El Sol e s una fuerite de e n e r g í ap r 5 c t i c a : n e n t ei l i m i t a d a que n o s suxinistra a la T i e r r a c a l o r s u f i c i e n t e
para man-
t e n e r l a v i d a , p r o d u c i re la l i m e n t on e c e s a r i o ,m a t e r i a s
mas,
pri-
-
para l a s u p e r v i v e n c i a de l o s s e r e s vivos que h a b i t a n
e s t e planeta.
E l S o l e s una e s t r e l l a que t i e c e aproximadamente una
sa 334,000 v e c e s 'mayorque
la T i e r r a , con un d i b e t r o de
1.39 m i l l o n e s de km., y s ee n c u e . ; t r a
-
a una d i s t a n c i a prome-
dio de 1 5 0 n i l l o n e s de km. de l a T i e r r a .
ma ( e n e l p e r i h e l i o ) e 6
m2
L a d i s t a n c i a mini
aprOXim3dameAte e l 15 de e n e r o y l a
mbxima se a l c a n z a a f i n a l e s de junio.
Se e s t i m a que l a temperaturaen
Sol, v a r i a e n t r e
d e n s i d a de n t r e
-
8 y 4 0 m i l l o n e s de prados K e l v i n y t i e n e u n a
80 y 100 v e c e s l a del awa.
En e l n ú c l e os ec o n c e n t r a
el 4 0 $
Sol, el n k l e o se e n c u e n t r ae n t r e
A
e l medio c e n t r a . 1d e l
de l a masa t o t a l d e l
(R=radio solar).
O y 0.2%
une d i s t a a c i a de O.7R l a t e m p e r z t u r a d i s a i n u y e h a s t a u n o s
130,000°K
y l a densidad e s de unos O. 07 g/cm
3
h l a r e g i 6 n que va de l o s 0.7 a 1. OR
v e c t i v a , donde l a t e a p e r a t u r ad e s c i e n d e
densidad hasta IOo8 g/cm3
3
e s t & l a zona conO
hasta 5,000 K, y la
aproximadaaente.La
-
capa que en-
v u e l v e a. l a zona c o n v e c t i v a , se conoce como f o t b s f e r a y e s la
r e g i b n donde s eo r i p i n a
l a mayor p s r t e de la r a c i a c i 6 n soler
que r e c i b i m o s .
"
I?
.M&s
dl&de la f o t ó s f e r a . se eacuerztra l a "atrn6sfera
-
solar", doqde hay una c m t i d a d de gases m&s f r i o s que cons
t,it.uyen la "capa i n x e r s o r a " ,
de a p r o x i n a d a a e n t e1 0 , 0 0 0
c e s p u 6 s v i e g e La c r o m b s f e r a
km.
de e s p e s o r ;
y a coctirzuzcih
l a ltcorona" d e baj'fsirna d e , l s i d a d y a l t a temperatura, cuyo
e s p e s o r e s de un r n i l l 6 n d e km.
Debido a la estructara tan coapleja d e l Sol, para
-
a p l i c a c i D n e s i n g e n i e r i l e s , se cocLsider'ká que 6 s t e se com-
porta c m 0 un cuerpo 2em-o a una temperatura
efectiva. de
5,762'~.
Otra c o n s i d s r a c i b n i m p o r t a n t e en e s t e t i p o d e c & l c u l o s
e s la d e f i n i c i ó n d e la "conEta.nte solar"3 I c s , que e s ? La
c a n t i d a d d e e n e r g i a p o r u n i d a d de t i e n p o que r e c i b e d e l Sol
una s u p e r f i c i e de Qrea u g i t a r i a p e r p e n d i c u l a r a l a r a d i a c i b n
Sol a la Tierra.
El v a l o r n o r a a l o e s t h d a r p r o p u e s t o e s de 1 , 3 5 3 W/m 2 ( 1 , 9 4 0
en e l e s p a x i o ,
y a l a d i stE.Icia m e d i ad e l
2
cal/min. cm ; 428 BTU/h
; 1 . 9 4l0a n @ e y / a i n ) .
asta radia-
c i 6 n e x t r s t e r r e s t r e adquiere s o l o v a l o r e s s i p l i f i c z t i v o s
-
e n t r e r0.2 y 4. O ym. d e l e s p e c t r o de r a d i a c i b n e x t r a t e r r e s t r e ,
Dado que l a d i s t a n c i a S o l - T i e r r a e s variable, l a cons-
t a n t e s o l a r fluctda xlas o m e n o s 3.5$ con r e s p e c t o a1 v a l o r
medio ( J o s B A, Manrique).
.
"_""
C U E R P O
11.2
E l cuerpone:go
c u a l q u i e rt e n p e r z t u r k
N E G R O
(C.N.
) e s equ61 que emite y a b s o r b e a
y l o n p i t u d de onda l a mBxiaz c a n t i d a d
p o s i b l e de r a d i a c i ó n y e s u-? estBr.dar con
corn
-
e l quepueden
p a r a r s e l a s c a r a . c t , e r i s , t i c a s de r a d i a c i 6 n de otros cuerpos.
Debido a oue e l cuerponecro,
d o rp e r f e c t o ,
p o r d e f i n i c i b n , e s un ubsorbg
t o d a l a r a d i a c i b n que i n c i d es o b r ee s t e
-
es
absorbida sin i m p o r t a r l a lolzgitud de onda y nin.gunzfraccibn
de l a r a d i a c i h e s r e f l e j a d a o t r a n s m i t i d a a t r a v 6 s d e l c u e 2
PO
negro.
A partir de l a se,.zl.;da Leyde
demostrar que e x i s t e
U;I
l a Termodinimica s e puede
m5.ximo de el1er:ia
r a d i a n t ec a p a z
de
s e r e n i t i d a a una t,enperat,ura y a una, l o n g i t u d de onda dadas.
Asi, ;
1
p o t e n c i ae r n i s i v ae s p e c t r a l
un cuerpone.mopuedeevaluarse
o monocrosGticaqueemite
nediarLLte l a Ley de Plgnck.
-
S i se e s c o g i e r a como sledio a l v a c i o , l a e c u a c i 6 n de Planck
tornaria l a s i g u i e n t . e fornla ( e l i n d i c e
de r e f r a c c i 6 n e s
igual
a l a .u n i d a d ) ;
donde,
"
ebA (T)= P o t e n c i ae r n i s i v a monocroa$ticp; de un
C.N. a u3a
t e m p e r a t u r a y a uca l o . l F i t u d de onda d a d a
';3
= L o n g i t u d de onda
T
= TemperaturaabsolutadelcuerpoRepro,
= 3.7405 X 10-16 .vy m2
el
c2
= O. 014 3879
k
I c m 9
La f i g w r a II.a.1 mues;:rrc l a v G r i o c i 6 n de Ir p o t e n c i a
emisivamonocrom&tica
raturas.
de &::
cuerpo ,eie:?ro z - d i s t i n t e s t e x p e -
-
Potencia
2
ern1 s i v a
( W / r n - p m)
espectral
o
4
FIG.
11. a
8
12
16
20
P o t e n c i ae a i s i v am o n o c r o a 6 t i c a
de un cuerpo negro a d i s t i n t a s t e m p e r a t u r a s ,
24
Longitud
de onda
(rd
L a p o t , e T c i a emisiv;! t o t a l de u.: cuerpo c e n o a l o larro
d e t o d 3 e l espec1,ro d e l;,tzqitudde
te-rando l a Ley de Pla.Tck.
o!:da
puede c a l c u l a r s ei n .
2s d e c i r ?
(XI. 3)
La p o t e - l c i ae m i s i v s
t o t a l de u:1 c u e r p on e g r or e p r e s e n t a
e l & r e a b a j o 12. c u r v a rnos-l.rzda e:!
Si se r e q u i e r ec a l c u l z r
la f i m r a . I I . a .
l a e.Lergía e...
UIZ
ia:.ervalo de
puede c a l c u l a r a partir de l a e c ua
l o a p i t u d d e o?nda, e s t a s e
c i o ne 3e li n t e r v a l or e q u e r i d o
Se puede c a l c u l a r l a maxima p o t e n c i a e m i s i v a ínonocro-
m h t i c a de un cuerpo negro a partir de l a Ley Oe P l z n c k d i f e
r e n c i a 3 d o l a Ecun.ci6n 11.1 con respecto
l a l o n g i t u d de
-
I
-
!
onda e i g u a l e n d o donde
a c e r o , de
Ssta r e l a c i d n se conoce coino Ley de desplazamiento
de
I
Reordeqando 1a.s e c m c i s n e s 11.1 y 13.3 en t é r n i n o s de
I
Wien.
l a v a r i a b l e J T , n o s queda:
La e n e r , y i ae m i t i d a
dos l o n p - i t u d e s de onda.
a
I
una c i e r t a t.emper&ture. dada e i l t r e
At
y
2 A p u e d e o b t e n e r s em e d i a q t e
una a p l i c a c i j n s u c e s i v a d e l a e x p r e s i ó n a n t e r i o r .
l
11.3
C I O
R
E L P.
"""""""""P-"""
A d A
"-
L b
G E O M E T R I C A S
""_
""_
R A D I k C I O N
S O L A 3
de wua p o r e n e r e a solar, l o s cg
En e lc a 1 e n t z m i e r t . o
plart3s s e erlduentra.,) fijos, p o r tzs-ito no
l e c t o r e ss o l a r e s
e s t 8 nd i r i g i c i o s
""_
N E S
Incluso l o s
continuamente haci?, e l sol.
parasoles en l a e d i f i c a c i 6 n d e b e nd i s e g a r s e
permitan l a e n t r a d ad e l
A e modo que
-
S o l a l i n t e r i o r del. e d i f i c i od u r a 2
t e e l i n v i e r n o , y l o e v i t e ; l duralzte e l v e r m o .
Debido
EL
e s t o , e s i l e c e s a r i oc # J n o c e r er?, f c r m p r e c i s a
el
movimiento d e l Sol y l a d i r e c c l ó n de la r s l d i ~ c i b na i r e c t a
sobre c u a l q u i e r plano el1 c u a l c r u i e ri n s t a n t e .
De esta forna
s e calculará l a o r i e n t - S c i ó n e i n c l i n a c i h m&s a p r o p i z d a de
los d i s t i n t o s d i s p o s i t i v o s s a l a r e s f i j o s , a s í coino l a u b i c g
c i ó n m%s adecuada de una e d i f i c a c i ó n .
L a p o s i c i h del Sol en l a bóveda c e l e s t e deperide d e l
Se su:;one que l a
lu,gar donde s ee n c u e f l t r ae ol b s e r v z d o r .
T i e r r a s e e n c u e n t r a fija y q , ~ ee:L S o 1 e a quien se aueve,
además
de que e l o r i p e n d& sistema de coordenadas, se en-
c u e n t r a en e l lupar de i n ? e r é s sobre l a . s u p e r f i c i e t e r r e s -
tre.
E l Sol quedar5restrirxgido
8
zovex'seÚkiicaentecon
d o s p a d o s de l i b e r t s d en l a e s f e 8 r a celeste.
A s i , l a po-
s i c i ó n d e l Sol quedará descrita p o r m ? d i o d e d o s n r i a b l e s
angulares:
se a p r e c i ae n
ealc i n u t
La a l t u r r ; s o l a r - c s y
12
fimra
II.b,
p g l o que l a visuzl a l Sol
solar
.
Corno
la a l t u r a solsr d e f i n e e l &a-
famtla
con e l
h o r i z o l z t e y e ls c i m u t
s o l a r define l a d e s v i a c i b r t que tizne? los r z y o s s o l a r e s con
r e s p e c t . 0 al sur
verdadt?ro.
rnentzlmerlte
de
2str7s v a r i z b l e s ci.epe:-tden fu2dg
t . r e s parAit.netros
05-2
son:
LFA l e t i t u d d e l lu-
c a r pl, .la d e c l i n z c i jn 5 y e l &n,rzllo 11ori:rio
I..
w.
.
,
SOL
FIG. 1 I . b .
Angulo de i n c i d e n c i a
de o t r o s & n p l o s .
F
en funcibn
La l a t i t u d se d e f i q em e u i a q t 3 ee l
fm,pUlo quedetermina
e l l u @ m de i n t - e r b s s o h r e l a TierrE;, c o n r e s p e c t o a l plano
d eel c u a d o rX. s t e
n o r t ed e l
B n p v l o e s p o s i t , i v o cua.ldo
se
nide
.
al
Ecuador.
La d e c l i n a c i b nd e f i n e
e l . a o m e ? . t o e7i e l que e l 601 e s -
c
t&mfrs a l t o en e l fir:namerLtoconrespecto
zl p l a n od e le c u g
la d e c l i n a c i o n e s un indice del a l e j a z i e n t o
dor, e s d e c i r ,
q-ue e x p e r i m e 3 t a e l S o l hacia e l !\Torte o hacia e l Sur d e l
ecuador.
E s t ep a r á m e t r od e p e n d i e n t ed e l
c a l c u l z p o r mediode
cf
n= No.
d i z y d e l ario, s e
l a expresión:
= 23.45
sen(360
284
+
365
n )
(11.7)
d e l d i a d e l a?o.
E1 Bngulo h o r a r i o e s c e r o a l a e d i o d i z solar y a d q u i e r e
O
un ' v a l o r de 1 5 de l m p i t u d por cada hora, siendo p o s i t i v o
en la rnal';arla y n e c a t i v o p o r l a s tardes.
Una vez determinados l a latitud, l a d e c l i n z c i 6 n solar
y el & n m l o h o r a r i o , l a a l t u r a g zcimut, s o l a r e s pueden c a l -
cularee f h c i l m e n t e por n e d i o de las s i c i e n t e s r e l a c i o n e s :
s e n d , = c o s ~ ~ c o s d ~ c o+ s sw
enPosend
A partir
(11.8)
de e s t a s r e l z x i o t z e s p o d e n o s c a l c u l a r e l
número de ,hor3.s de a s o l e a J a i e L l t odiario, hzcie:ldo ocs
l a ecuaci6n 11.8,
5:
se otstieae que:
c o s .dS =-tan , 0 * t a n
6
&xino
d
(11.10)
O
en
p o r ta!Tto:
31 t.ienpo solar d i f i e r ed e lt i e a p o
u;cl r e l o j e x a c t o .
o f i c i a l que i,rdica
S s t o s t i e . n , o se s t 8 . 1r e l z c i o n a d o sp o r
la
expre si 6.3.
Tiempo s o l a r : tienzpo o f i c i k l
+
2
+
4 ( lrrt
uJ,= )
(11.13)
E e s l a e c u c c i b nd e lt i e n p o
1 I . c e_r rnirxios,
e s l a 1 o . v i t u d 5el rneridiano de r e f 2
o f i c i a l para l a zona,
r e n c i a ,h o r a r i o
d eml e r i d i a ndoel ul p z r ,
/IldC
e s l a lonpitud
yrados o e s t e .
Las e s p r e s i o l e s a n t e r i o r e s
p & f ca.
i
rA1ostradee z l a f i s u r a
puede:¡
r e a l i z z r s e en f o r x a
En l a s f i ? y u m s 11. d, e lh o r i z o n t ea p a r e c e
un cf-rculocon
e l observador e 2 e l ce;.;tro.
Los ckrculos
conchtricosigualmerite'es2aciadosrepresentan
solar
como
l a zltitud
a i n t e r v a l o s de 10 O , n i e . ! i t r a s que l a s l i n e a s r a d i g
les representan e l scimut
en l o s n i s n oisn t e r v a l o s .
lineaselipt$icashorizontalesrepresenta2
d e l sol e l dia 21 de ca.da mes,
cor1 un núaero romano.
p a r t e ,i n d i c a n
Las
la trayectoria
e s t a n d o r e p r e s e n t z d ob s t e
Las c u r v a s v e r t i c a l e s ,p o r
otra
lzs h o r a s d e l d i a ( t i e : n ? o solar) conndtneros
a r a b i g o s , (Jose A. :dmkique+.
I
j'
.
.
.
20
._
.
M
FIG. 11, c.
E
S
Ecuaci6n del Tiempo
. ..
21
I
Il
W
d
d
c
t9
i
a
W
H
O
"
-
a2
""""""""-
11.4
i l A D I A C I O N
""_
L A
S U P E F t F I C I B
"-
S O L
""""D
"-E
S O B H E
A d
-"I""-
""_
T I E R R A
L A
"e
No toda l a r a d i a c i d ns o l a re x t r a t e r r e s t r e
que i n t e r c e p -
t a l a T i e r r a l l e g a a l a s u p e r f i c i e de esta, atin cuando e x i s t a
E s t o se debe a que l a a t m ó s f e r at e r r e s t r e
c i e l od e s p e j a d o .
e s t &c o n s t i t u i d a
por una masa g a s e o s ae s t r a t i f i c a d a S. o l a -
-
mente l a r a d i a c i b ns o l a re x t r a t e r r e s t r ec o n p r e n d i d ae n t r e
0.29
?m
y
2.3
yrn
s u p e r f i c i e de l a T i e r r a .
Esta a t e n u a c i b ns ed e b e
menos de a b s o r c i b nd e l
H 2 0 y C02,
O
3'
de o t r a s p a r t i c u l a s s u s p e n d i d a s
la
a
etsr a n s m i t i dcaoant e n u a c i o n e s
a los fen&
asi como l a d i s p e r s i b n
en l a atrnbsfera corno s o na e r g
soles, polvo, etc.
Para a n a l i z a r l a a t e n u a c i 6 n que s u f r e l a r a d i a c i 6 n
l a r en la a t m b s f e r a ,s ed e f i n ee lc o n c e p t o
SO--
de "masa de a i r e "
como: La l o n g i t u d de l a t r a y e c t o r i a a &raves de l a a t m b s f e r a
que s i g u e l a r a d i a c i h ,
De l a f i g u r aI I . e ,s e
deduceque
p r o p o r c i o n a l a l a d i s t a n c i a OP = 0 0 1 / sen 82, endonde
e l hngulo c e n i t a l L
. a
masa de a i r es e
-
l a masa de a i r e a e s
es
Qz
-
puede calcular con
p r e c i s i b n a n i v e l d e l mar covl l a s i g u i e n t ee c u a c i b n :
(J
O S ~
A. ~ a n r i w e ) . m = L1.229
+
( 614 sen-es)*J
1/2
- 614
us
(11-14)
donde d s e s l a a l t u r ad e l
sol,
Cuando l a p r e s i b n barometrica
d i f i e r e de l a p r e s i 6 na t m o s f b r i c a
d e ll u g a r
P,
mar Po.
L a e x p r e s i ó na n t e r i o rd e b em u l t i p l i c a r s e
c i e n t e P/Po
c e r oe q u i v a l e
.
por e l
De acuerdo a e s t o m a n a s a d e a i r ei g u a l
a l a r a d i a c i 6 ne x t r a t e r r e s t r e .
-
a l n i v e ld e l
COW
a
-
.
7
' J
I
c
I
O'
"."""
I
I
I
FIG. 1 I . e .
"-
et
ma sa
de a i r e
V a r i a c i b n de l a masa de a i r e
atraves de l a a t m b s f e r a .
SOL
l a r a d i a c i b nd i r e c t ac o n oa q u e l l a
Sedefine
fre cambios e ns ud i r e c c i ó n ,e nt a n t o
que l a r a d i a c i b nd i f u s a
r e c c i b nb n i c a .L ar a d i a c i 6 nt o t a le s
z o n t a ls o b r e
..
l a a t m ó s f e r a y no t i e n e una d i ,
e s l a Que s u f r ed i s p e r s i ó ne n
l o s compo--
l a suna
de
En e l caso d eu n as u p e r f i c i eh o r i -
y difusa.
n e n t e sd i r e c t a .
quenosu--
l a s u p e r f i c i e de l a T i e r r a , l a r a d i a c i b ng l o b a l
e s t ac o n s t i t u i d a
por l a suma de l a c o m p o n e n t e - v e r t i c a ld e
r a d i a c i 6 n d i r e c t a , y la. r a d i a c i ó n d i f u s a
la
que p r o v i e n e de l a b i
veda c e l e s t e .
11.4. A
"_
""-
MZDICIONES CON CI2LO CLARO SOBRE
.HORIZONTAL
"
"
"
"
"
"a
.
I
"
"
UNA SUPZEiPICIE
.
I
"
"
"
"
"
"
"
"
I
"
"
_
-Lraa d i a c i b n
"
( o i n d i c e de c i e cl ol a r o
global
de h o r i z o n t a l ) puededescomponerseen
I
D
O
O
( o sea, I
: r a d i a c i ó nd i r e c t a
y H
-
d o s t6rminos:
corregida por l a influen-
O
c i a de los f a c t o r e s a t m o s f e r i c o s ) .
: r a d i a c i b nd i f u s a
Laradiaci6n
P a r ac a l c u l a r
queprovienede
g l o b a l e s medida p o r e l p i r a n 6 m e t r o .
1
2.
l a a p o r t a c i 6 ns o l a rs o b r eu n as u p e r f i c i e
c u a l q u i e r a ,e sn e c e s a r i os e p a r a r
fusa.
la. b 6 v e d ac e l e s t e .
P o r e s t ar a z h ,
formacionesauepermiten
l a p a r t e de l a r a d i a c i 6 n d i
n o s e puede a p l i c a r a G
las t r a n s
a una fg
pasar d e l p l a n o h o r i z o n t a l
chada v e r t i c a l .
P o r e j e m p l o , l a s u p e r f i c i ev e r t i c a ls o l ov e
d e l e s p a c i o e i n f l u y ee n
por e l s u e l o
-
e l l a la r a d i a c i 6 n g l o b a l r e f l e j a d a
cerca de l a s u p e r f i c i ee s t u d i a d a ,a q u ie s
i n t e r v i e n ee lc o e f i c i e n t e
1.
l a mitad
dealbedo.
I n s t r u m e n t o que e sd e s c r i t oe n
donde
I
l a s e c c . 11.5
N.
E s t ec o e f i c i e y t e
( b )depeniie
de g~lbedo
de l a n a t u -
r z l e z a de 10% s u e l o s y represelhta l a . f r a c c i b n de la r a d i a c i ó n g l o b a l r e f l e j a d a . h a c i a las s u p e r f i c i e s tornadas encor;
s i d e r c c i on.
v a l o r de l a coapone-nte d i r e c t as o b r e
Par2 o b t e n e re l
l a s u p e r f i c i ee s t u d i n d ss e
puede parttir de l a componente
h o r i z o n t a l que s e o b t i e . ; em u l t i p l i c a q d o
factor de p r o y e c c i b n c o s u (Soh= :I
Soh/senh
por e l
sen h).
En l a componente de l a r a d i a c i ó n difusa, i n t e r v i e n e
l a i n c l i n a c i ó n ( i ) de l a s u p k r f i c i e , q.ue p e r a i t ev e r
mf;s
o menos e s p a c i o , a s i com'o r e c i b i r l a p a r t e de l a r z d i a c i 6 n
r e f l e j a d a p o r el suelo ( C h a r l e s Chaulia+met).
global
c on
a=
]+COS
b =I
i
3,
Ab = 0.18
-
cemento-horxig6n
macadam.
""_
MEDI CI OX ZN C O N D I CI OUES XdIJIAS
"
"
"
" "
De la r e l a c i 6 n
s ed e t e r a i n a
x
2
prados-cesped
0.25
A = 0.55
A = 0.18
11 4 C.
- C O ~ :
"
"
"
GH = I*
Se-nd +BH
(11.16)
H a p a r t i r de l a f r ~ c c i 6 n de i n s o l a c i h
D
%
=
No.
d e horas de sol
-""Y""-"""""""
No.
mhx. de hrs. p o s i b l e
.
.I
._
Pare. p r o y e c t a . r l os o b r e
procede de la mksza f o r a a que s e h i z o
c o n o c e r G,
-
una s u p e r f i c i ec u a l q u i e r a s, e
arrterioraente y
para
s e u t i l i z a la f6rlmula:
(11.18)
2.3
..
"""""-""
M E D I C C O X
11.5
"-
~d
"-
L A
""_
~ A D X A C I O T J
""_
S O L A R
para p r e d e c i r o evaluslr e l f u n c i o n m i e n t o
s i s t e n a de c o n v e r s i 6 nd ee l l e r g i zf o t o t é r m i c z
es necesario
de c u a l q u i e r
o fotoVOltaic&t
conocer l a . magnitud ae 12 r s d i a c i ó n s o l r r d i r e 2
ta y d i f u s a que 1leFE.a a l a s u p e r f i c i e de l a Tierra e n un lu-
Ear determinado.
L o s d a t o s n e c e s a r i o s ;?nrz e s t a b l e c e r un b a l a n c ee n e r g & -
t i c 0 solar de un J u g a r d e t e r a i n a a o so3 l o s sigi.;ie:ltesr
c i ó n de l a i n s o l a c i 6 r - , l a s medidasde
1a.s
dura-
r s d i e c i o n e sd i r e c t a
y d i f u s a y l a medida de l a r a d i a c i b n global.
L o s d i s t i n t o s aparatos pare :nedir l a r a . d i a c i 6 n solar l a
c o n v i e r t e ne n
ofre forme. de e n e r c i a , o b t e n i h d o s e una n e d i d a
o l e c t u r ap r o p o r c i o b l a l
a l a i n t e n s i d a d de 12 r a d i a c i ó n .
i n s t r u m e q t o común p a r e t o n a r 15s a e d i c i o n e s
Un
-
de l a r a c i a c i b n
F l o b a l d e n t r o de su campo de vista h e ; n i s f 6 r i c o e s e l " p i r a n b -
metro"
(FIG.
horizontal.
XI.
f. )
3:st.e ~Ljarato s e c o l o c a en una s u p e r f i c i e
L a r a d i a c i 6 n e s c o n v e r t i d a a. irtpulsos e l 6 c t r i c o s
que s i r v e para o b t e n e r smAficss o d i E i t a l m e 9 t e l a r a d i z c i b n
s o l a r como f u n c i b nd e lt i e z q j o ,
UD
i n t e q r a d o re l e c t r h i c o
-
t a a b i b n 3uede s e rp r o c e s a d ae n
para o b t e n e r e l t . o t a l de l a e n e r c i a
i n c i d e n t e e n un periodo de tiempo dado.
Unica!e_rt,ehace
f z l t z l o s pir.znÓ:ne+zos e n 1 2 deter!ni.na-
c i 6 n d e los l u r . a r e s r e r - t a b l e s psra l a z p l i c z c i ó n y u t i l i z z c i 6 n
d e i n s t r u m e 2 t o s q u e aprovechan l a e.,~:eryiasolar,
O t r o s a p a r a t o s como l o s e s p e c t r o b o l b m e t r o s , &arar1 l o s
nos p a r h e t r o s e nf u n c i 6 n
tro
( u l k r a v i o l e t av, i s i t J l e ,
2is
d e 1z.s d i f e r e L : t e s g r r t e s eel e s p e c -
inf'rzrrojo).
. -
FIG. 11. f. Piranometro.
-Algunos o t r o sp i r a n 6 m e t r o s ,c o n oe lp i r a n b g r a f om e c h i c o ,
s eb a s a n
en l a d i l a t a c i b n d i f e r e n c i a l
d ee l e m e n t o sb i m e t & l i c o s
e x p u e s t , o s a l a r a d i a c i ó ns o l a r .
un t r a z a d o r r e g i s t r a
Con unnecanismoapropiado,
#
diaci6nsolarsobreel
p a p e l que semontaen
E l movimiento
de
drico.
l a ra-
un tambor c i l i n -
e s t e tambor se efectCzamedianteun
mecanisao de r e l o j con c u e r d ap e r i b d i c a .
Un s e g u n d oi n s t r u n e n t o
metro" (FIG.11. g) que
mide
muy c o m h t a m b i h e s e l " p i r h e l i i
la r a d i a c i b nd i r e c t an o r n a l .
campo de v i s t a de e s t ei n s t r u n e n t o
i n s t r u m e n t og e n e r a l m e n t ec u e n t a
c o que l e p e r m i t es e g u i r
e s de 5'
Este
-
con un d i s p o s i t i v o e l e c t r 6 n i -
a l s o l e nf o m ac o n t i n u a
t e r e g i s t r a r l a r a d i a c i h d i r e c t an o r m a l
El p i r h e l i 6 m e t z od ed i s c o
4 3 ' 30".
E1
y que p e r m i
a lo largo d e l d í a .
de p l a t a permite d e d u c i r l a i n t e n s &
dad de l a r a d i a c i 6 n d i r e c t a
a p a r t i r de l e c t u r a s t e r a o m b t r i c a s
l a e n t r a d ad e l
s u c e s i v a sa b r i e n d o y c e r r a n d oa l t e r n a t i v a r e n t e
aparato.
Un t e r c e r i n s t n u n e n t o e s
e l h e l i b g r a f o de Campbell-Stomuy empleado para medir l a s h o r a s
k e s .E s t ei n s t r u m e n t oe s
de a s o l e a m i e n t o en u nl u g a r .
E s t e equipo esta c o n s t i t u i d o
que produceunaimagen
d e l Sol sobre
porunalenteesf4rica
E l p a p e sl e
un p a p etlr a t a d oq u i m i c a m e n t e .
v a l o r de l a r a d i a c i b ne s t á
g i t u dd e lp a p e l
quema cuando e l
2
p o r encima de 120 W/m
.
La lon-
q.uemado e s un irtdice d e l número de horas d e l
sol b r i l l a n t eE, s t ei n s t r u n e n t os o l a i a e n t ep r o p o r c i o n a
los
i n t e r v a l o s de tiempo en e l d i a en que l a r a d i a c i 6 n e s t & p o r
encimade
un mínimo e s t a b l e c i d o .
( J o s e A. Manrique).
-
-
FIG. 11. g.
Pirheliometro.
GBPITULO
I I I
""""
SISTEMAS Dl3 CLIMATIZACION
""""""""-
PASIVA
32
.
I N T H O D U C C I O N
111.1
"
"
"
"
"
I
"
"
"
"
"
"
A l a u t i l i z a c i ó n6 p t i r n a
de l a s a d i a c i b n s o l a r y e l v i e 2
t o para r e g u l a r e l clima e nu n ae d i f i c a c i ó nc o nn e d i o sn a t u r a l e ss el e
denomina
C l i m a t i z a c i h Pasiva.
I
p r i m o r d i a l ,e s
l a de t r a e rC o n f o r t
Su f i n a l i d a d
Termico Ambiental a
-
las
c o n s t r u c c i o n e s de e s p a c i o s , h a b i t a b l e s ,
al C o n f o r t TBrmico A q b i e n t a l , coino e l con-
Se l e d e f i n e
j u n t o de c o n d i c i o n e st e r m o - a m b i e n t a l e sq u el i b e r a n
humano de u9a r e a c c i 6 n o r g a n i c a
dad para e f e c t u a rt r a b a j o
'
a l cuerpo
que l e d e v u e l v a d i s p o n i b i l i -
o reposo.
A l n i v e l de
Confort
-
Tbrrnico se puede l l e g a r a a l c a n z a r por medio de l a A r q u i t e c t u r a B i o c l i m & t i c a y la A r a u i t e c t u r a Solar. (Salom6n A.,
Al--
fredo).
-
La A r q u i t e c t u r aB i o c l i m 6 t i c ac o n s i s t e
en l a a c c i b n de
p r o y e c t a r o c o n s t r u i r c o n s i d e r a n d o l a h n t e r a c c i b n d e l o s ele
mentos m e t e o r o l 6 ~ i c o s( V i e n t o , l l u v i a ,n i e b l a ,n i e v e ,n u b e s ,
r a d i a c i h , e t c . ) con l a c o n s t r u c c i o n , a fin de que sea e s t a
misma l a que r e g u l e l o s i n t e r c a m b i o s de m a t e r i a y e n e r g l ac o n
- e l B e d i o ambiente, y p r o p i c i e l a s c o n d i c i o n e s que determinan
la s e n s a c i 6 nd eb i e n e s t a rt 6 r m i c o
r e s .( H e r n h d e z ,
del ser hunano en interio-
E. ).
P o ro t r ap a r t e
l a A r q u i t e c t u r a S o l a r (tarabien llamada
H e l i o a r q u i t e c t u r a )c o n s i s t ee n
t r u i rc o n s i d e r a n d o
l a a c c i b n de p r o y e c t a r o cons
a l Sol como elemento prioritario; s e opt&
miza e l c o n t r o l de a s o l e a Q i e n t oe n
e x t e r i o r e s como e ni n t e r i o r e s ,
de61permanentemente
-
l a c o n s t r u c c i b n , tanto de
a f i n de c a p t a r l o o p r o t e g e r s e
o e s t a c i o n a l m e n t e .( K e r n b n d e z ,
d. ).
33
.
Es e v i d e n t e que l a A r q . u i t e c t u r aB i o c 1 i : n h t i c a y l a ArquL
t e c t u m Solar secomplementanuna
a l a otra, ademasdeque
--
p r e s e n t a n mucha s i m i l i t u d d e b i d o
finalidadtraer
ciones.
a que l a s d o s t i e n e n
un b i e n e s t a r e n e l i n t e r i o r
A l a s . d o sq r q u i t e c t u r a s( s o l a r
l e s puede i n t e g r a re n
cono--
de las construc-
y b i o c l i a h t i c a ) se
un s o l o termino, a s a b e r ,A r a u i t e c t u -
ra S o l a rB i o c l i m a t i c a .
L ac l i m a t i . z a c i b n
e s t et i p o
-
pasiva juegaunpapelimportanteen
l a climg
de d i s e R o sa r q u i t e c t ó n i c o sB. h i c a m e n t e
t i e a c i 6 n se l l e v a a c a b om e d i a n t ec u a t r os i s t e m a s
de r e g u l a -
r i z a c i b n , que son: Calentamiento,Enfriamiento,
Humidifica-
c i 6 n y D e s h u m i d i f i c a c i hE.s t ossi s t e m af su n c i o n am
n edia2
t e o t r o s s u b s i s t e m a sb i o c l i a 6 t i c o s
quese
pueden a p l i c a r en
forma d i r e c t a o i n d i r e c t a y Que s ei n t e r r e l a c i o n a nc o nu n a
-
s e r i e de e l e m e n t o s a r q u i t e c t 6 n i c o s y Urbanos.
.
Ahora bien, a l c o n j u n t o de fen6menos f i s i c o s o quimicos
y a sus d e r i v a d o sm e t e o r o l 6 g i c o s ,q u en o sp e m i t e no b t e n e r
e l c o n f o r t o b i e n e s t a rc l i m & t i c o
se l e denomina
d e l e s p a c i oa r q u i t e c t 6 n i c o
'*s u b s i s t e m a b i o c l i m a t i
Los e l e m e n t o sr e g u l a d o r e sd e
co"
la c l i m a t i z a c i b n pasiva,
son l a s e r i e de e l e m e n t o sg e o m 6 t r i c o s( o r i e n t a c i b n
f i s i c o s( m a t e r i a l e sc o n s t r u c t i v o s
y fo-ma),
y agua), a r q u i t e c t b n i c o s
(componentes de diseKo) y b i b t i c o s ( v e g e t a c i b n
-
y habitantes),
c u y oe m p l e oa d e c u a d o ,p o rp r i n c i p i o ,h a c ef a c t i b l e
l a s sub--
sistemas a n t e r i o r e s , y runbos, enconjunto,permite
l a s acciz
n e s y e f e c t o sc l i m a t o l 6 g i c o s( c a l o r ,
frio, humedad, resequed a d ) que nos i n t e r e s a y con e l l o l l e v a r a cabo l a c l i r n a t i z a c i b n d e l e s p a c i oa r q u i t e c t 6 n i c o( S a l o m 6 n
A. Abraham).
!
34
ObviemeTte, e lc o ! ? f o r ta u es ed e s e aa l c a n z a rp o r
medio
de l a a r q u i t e c t u r a s o l a r b i o c l i m . ’ t , i c a d e b e . e s t a r e n f u n c i b
delcuerpohunano,
e lc u a lg e n e r ac a l o rc o n s t a n t e m e n t e
p r o d u c t os e c u n d a r i o
corno
de l a s r e a c c i o n e s a e t a b ó l i c a s c e l u l a r e s
y pierdecalorperrnanentemente,quepasa
a l medio a n b i e n t e . -
Es debido a e s t o que e s n e c e s a r i o c o n o c e r e l e q u i l i b r i o
debe e x i s t i re n t r e
que
l a p r o d u c c i ó n y 9 6 r d i d a s de c a l o r .
Este
l a fiwra 111. a.
b a l a n c es em u e s t r ae n
1.
- M e t a b o l i sno B a s a l .
2,
-
A c t i v i d a d Tiluscular.
3 . - E f e c t o de l a t i r o x i n a
sobre les c b l u l e s .
4.-
E f e c t o de l a E d r e n a l i
na s o b r e las cklulr+s.
5.- E f e c t 8 0 de l a ternpera. s otburrea
las c6lulas.
I
1.
- Radiación
2.
-
Svzporación
-C onve c c i bn
3.
-
Conducci6n.
1
PriODLiCCI 03
FIG. 1II.a. . DE C’ALOII.
Sepuede
d e c i r , que p r & c t i c a n e n t e t o d a l a e n e r g l a p r o d
c i d a p o re lm e t a b o l i s q o
c o n v i e r t ee nc d o r
de l o s a l i n e q t o s e n e l
organisno se
a e x c e p c i ó n a l a r e a l i z a c i 6 n d e l trabajo
de los músculos.
E l c u e r p oe a i t er a d i a c i o n
tambien l a r e c i b e de p a r e d e s y c u e r p o sv e c i n o s .
r e c i b i r &c a l o r
31 cuerpo
s i e l medio e s t 6 a mayorte:nJeratura,de
c o n t r a r i o ,e lc u e r p o
-
en t o d a sd i r e c c i o n e s ,p e r o
lo
s e r 6 q u i e n? e r d e r ác z l o r .
P o r l o g e n e r z l ,e lc u e r p o; ? e r d e r &
o c s n a r áp e q u e , ? a sc a z
t i d a d e s de c a l o r p o r medio de l a conduccion, e s d e c i r , p o r
m e d i od e lc o n i a c t od i r e c t o
r e d e s , ceqas,
etc.
-
c o n objetos c o a 0 son:
-
s i l l a s , pa-
""" . - " . ,
..
-I-
PtTHCSFCR1.
" "
FlEFLEJ.4
I
F OT OV OLTAICA
D'I'ONICA
LUZ
XECTRICI)AD
D E AGUA
1.
:O L E CTCR
?LANO
ACTIVOS
RBSORBE
o
ABIERTO
CERRADO
I
AGUA
.
I
SUA.Q U 5 E;
h O CERRA
ENTOS
DIFUNGE
)E A MB I E N
?ES
IADiACIOS
:ALORIFIC
R E AGUA
EMIT E
ENFRIAM I ENTO
RA D I A C I O!
CALORIFZ
ACTIVOS
ABI ERTO S
O
..
COLECTOR
ACIERRER
PL
AA
DN
CO
S
O
COLECTOI.:
R E SP A R A ROLICOS
*
'
.'.
ACTIVOS ,
(P O RA B ='
SORCION 1
D EA M B I E l
TES
E M 1SORA
ABIERTO
"..
.
.
AGUA
O
AMONIAFREON O
SIMILARES
DE. AIRE
J E P C S I T O S R A D I A D O R E S TERKOSIFCo .
AISLADOS
NICA O
D E AGUA
CIRCULACIOr' F CRZAD A
PIEDRAS
DE: A I R E
DEPOSITO
AISLADO
DE AGUA
.
'
"f
X.
T U BFEORRIZAA D A
DEPOSR
I TAOD I A D C R E S
o
AISLADO
FORZADA
DE AGUA
CIRCULACIC?
DE. A I R E
PIEDRAS
D E P OCS I TRO
CU
T EL R
A>- ! O S I F O C I OD
NNEI CI NADE
K A T E R I A L E S AGUA O
DIVERSOS
AIRE
X
:
.
I
.
VERSA
x
. u
*.Ln
"-
I
.
36
Las p e r d i d a s de c a l o rd e b i d o
a la piel es
sustituida por a i r e nuevo,
perdibndose de e s t a manera c a l o r p o r convecci6n.
d ee n f r i a m i e n t o
*
E l efecto
d e l v i e n t o a bajas v e l o c i d a d e se sa p r o x i m a d 2
a l a r a i zc u a d r a d a
m e n t ep r o p o r c i o n a l
misao.(Sfimano T , D.
-
de l a v e l o c i d a dd e l
Alfonso). .
Cuando l a temperaturadelmedioambiente
e s mayor que l a
de l a p i e l , el c u e r p og a n ac a l o rp o rr a d i a c i 6 n
p r o c e d e n t ed e l
-
a l v i e n t o , l a capa de a i r e
Cualdo e lc u e r p oq u e d ae x p u e s t o
i n m e d i a t a x e n t ev e c i n a
a l a i r e son c o n s i d e r a b l e s .
medio.
y conduccibn
calor
En e s t ec a s o ,e lc u e r p op i e r d e
p o r medio d e l a e v a p o r a c i b n , o t a n b i e nl l a d a d os u d o r .
Cuando e l agua se evaporade
p i e r d e n O. 58 k i l o c a l o r i a s p o r
la s u p e r f i c i e corporal, se
cada e r a n o de agua evaporada y
e l ama se evapora i n s e n s i b l e m e n t e de l a p i e l y l o s pulmones,
La p e r d i d a d ec a l o rp o re v a p o r a c i d n
puedemoderarsecontro-
l a n d o l a i n t e n s i d a d de sudor.
Por a l t i m o ,d i r e m o s
b l e s de c o n f o r tt 6 r m i c o
a manera de resumen que las v a r i a - se agrupanen
dos p a r t e s ,
La p r i m e r ai n c l u y e nc o n d i c i o n e sa m b i e n t a l e s ,
peratura d e l a i r e ( b u l b os e c o ) ,h u e d a dd e la i r e
temperat,uradelbulbo
como: Tem-
húmedo d e l a i r e ) , v e l o c i d a dd e la i r e ,
r a d i a c i 6 n solar, y r a d i a c i 6 n i n f r a r r o j a ( o deonda
p r o c e d e n t ed ec u e r p o s
d e b e nm o d i f i c a r s e
y o b j e t o sv e c i n o s .
-
( o bien,
lar,Ta)
-
Estos p a r b e t r o s
para que l a s c o n d i c i o n e s e n e l i n t e r i o r s e a n
l o m&s a g r a d a b l e s que s e a p o s i b l e
a l cuerpo humano.
E l segundo g m p o t i e n e que v e r con e l v e s t i . d o q u e usen
1 0 s ocupantes, y l a s v a r i a b l e s que determinen e l metabolismo,
t a l e s co:no: e d a dp, e s os, a l u da, l i r n e n t a c i & na, c t i v i d a de, t c .
( SQmano I. D. A l f o n s o ) .
. -
"_
- "----------
CLIMATIZACION S O L A 3 PASIVA Y DISPOSITIVOS
111.2
""m
"
"
"
ESYECI AL3S
"
"
"
"
"
l a que se ha d&
Una v i v i e n d a s o l a r p a s i v a e s a q u e l l a e n
sefiado e l p r o p i o e d i f i c i o
para quepueda
s a t i s f a c e rp o r
si
-
mismo l a mayor p a r t e de l a s n e c e s i d a d e s de c a l e f a c c i ó n y r e friperacibn.
capta a traves de
En i n v i e r n o e, cl z l o rs e
a l sur, y se absor
g r a n d e ss u p e r f i c i e sc a p t a d o r a so r i e n t a d a s
be o a l m a c e n ae ng r a n d e sp a r e d e s
e nd e p b s i t o s
o suelos de a l b a ñ i l e r i a o
llenos de a c a .
E n t o n c e s e l c a l o r se d i s t r i b u
ye p o r l a h a b i t a c i b n m e d i a n t e c o n v e c c i h n a t u r a l s i g i e n d o
l a s l e y e sp r o p i a s
d e c i r c u l a c i ó nd e la i r e .
d i s e R o de l a v i v i e n d ar e d u c e
-
l a e n t r a d ad e
3nverano,
el
luz y c a l o r d e l
s o l y f a v o r e c e l a v e n t i l a c i ó n de l o s e s p a c i o s h a b i t a b l e s ,
-
-
--
(Mc P h i l l i p s , M z r t i n ) ,
que se da a l t e m i n o p a s i v o e s l a r e f e -
O t r ad e f i n i c i 6 n
r e n t e a que,entodos
l o s c a s o s , ba e n e r d a t r a n s f e r i d a para
y desde e l e d i f i c i o se d a por mediode
d e c i r ;p o rc o n v e c c i 6 n tr a d i a c i 6 n
y/o
un p r o c e s o n a t u r a l , e s
conducci6n, donde i n t e ;
v i e n e n l a s c o m p o n e n t e sd e le d i f i c i o ,t r a t a n d oq u e
l a inter--
e l minino, ya
v e n c i 6 n de las s i s t e m a sm e c b n i c o se x t e r n o ss e a
s e a n ,v e n t i l a d o r e s ,
ra, l o g r a r queen
c i o n e s decomodidad
I. D.,
bo2bas, c o a p r e s o r e s ,e t c ;
y de e s t a
e l i n t e r i o rd e le d i f i c i os e
mang
den l a s condi-
para 106 h a . b i t a n t e sd e lm i m o .
(Shano
-
Alfonso).
L o s s i s t e r n a ss o l a r e sg u e d e n
ser a.pxpa.dosde
mas, s i n embargo, en e l ' ' P a s s i v eS o l a rD e s i , p
Van NostrandReinhold,
d o sf i s i c o s
los
Handbook"
de
describe de acuerdo a c i n c o met?+
de o p e r a c i 6 n que son:
1.- Sist.e:nas de G a n a n c i aD i r e c t a
2,-
varias for
S i s t e n s s de T e r n o s i f 6 n .
3-
-
Almacenami e n t o T6rmico e n muros.
4.
-.
Almacenaniento t b r m i c o en techunbre.
5.
- Espacios Solares,
De e s t o s c i n c o
Lg!mpos se a n a l i z a r a n l o s S i s t e m a s
nancia Directa,, Almacenaaiento T6rqico en
de Ga-
muros y Almacena-
aienltoT6r;nicoentechumbre.
Ahorabien,
0
l a f i n a l i d a d de e s t o s s i s t e a a s e s e n f r i a r
-
c a l e n t a r l a c o n s t r u c c i ó nh a b i t a b l e .
Un s i s t e m ap a s i v o
d e l c a l e n t a . n i e n t od e le s p a c i oc o n t i e -
n e los s i p i e e s elementos:
- E s p a c i o a ser c a l e n t a d o
- Un
c a l o rp o r
c o l e c t o r de r a d i a c i o n , que e 5c o n v e r t i d ae n
unabsorbedor(puedeser
l a e d i f i c a c i h ) ,E s t ol l e g a
-
l a e n v o l t u r a rnisma de
a s e re nc o n j u r r t o
l a fuente
de c a l o r ,
- Un
almacbnde
dealmacenamiento
calor, que puede s e r l a c a p a c i d a d
t k m i c o de l a p r o p i a n a s a d e l e d i f i c i o .
Los i n t e r c a m b i o s de e n e r g i a e x i s t e n e n t r e :
- F u e n t ed eC a l o r y
- F u e n t e de C a l o r y
- E l almacen
P o ro t r a
Almach.
Espacio.
y e le s p a c i o ,
p a r t e , e l sistema pasivo de e n f r i a m i e n t o conti2
ne l o s s i m i e n t e s e l e m e n t o s :
- Un
- Un
e s p a c i o a ser e n f r i a d o
surniderode
c a l o r( c i e l o ,a t r n 6 s f e r a
o suelo),
hacia e l cual e lc a l o re sd e s c a r g a d o .
- Un
a l m a c ht 6 r r n i c o ,
almacen.amientot6r.aico
quepuede
s e r l a capacida.d de
d e l a m a s a de l a e d i f i c a c i 6 n .
Los p o s i b l e s i n t e r c a m b i o s de e n e r q i a ,e x i s t e ne n t r e :
- El
e n f r i a d o r y e l alnacen.
...
37
- El
-
e n f r i a d o r y e le s p a c i o .
E l almach y e l e s p a c i o .
E s t o p u e d er e s p a l d a r s e
t a r e lf l u j on a t u r a l ,c o a op o re j e m p l o ,
cas (Samano I. D , ,
para aunen--
de e q u i p om e c h i c o
l a s t u r b i n a se 6 1 i - -
Alfonso).
se h a r h u.na b r e v e d e s c r i p c i 6 n
A continuacih
de l o que
son l o s : C a p t a d o r e sa, b s o r b e d o r e sa, l m a c e n a m i e n t od, i s t r i b u c i b n y c o n t r o l ,t b r r n i n o s
semen6ionaen
P a s i v a y se&
gia S o l a r, P a s i v a "
CAPTADOR.
l a A r q u i t e c t u r aS o l a r
muy conunesen
e ll i b r o :V i v i e n d a sc o nZ n e r - -
de M a r t i n Mc. P h i l l i p s .
- Superficie
de captación?TeneralmentecontruL
de c r i s t a l e s y v i d r i o s t r a n s p a r e n t e s
lar,
a l a r a d i a c i 6 n so-
L o s p r i n c i p a l e sc a p t a d o r e sd e b e ne s t a or r i e n t a d o s
hacia e l Sur r e a l
-+ 1 5
g r a d o s y nodeben
e s t a r a l a so2
bra d u r a n t e horas p i c o (9-15 hrs) en l a e s t a c i h que
La s u F e r f i c i e de capta-
s e an e c e s a r i oe la s o l e a m i e n t o .
l a r a d i a c i ó n solar d i r e c t a m e s e r a e f i -
c i 6 nd e t e r m i n a
c a z para l a c l i m a t i z a c i 6 n _nasiva de l a v i v i e n d a .
r e n d i m i e n t o de l a c a p t a c i 6 ns e
l a r a d i a c i b ns o l a r
-
El
-
puede m e j o r e r aumentando
captada d i r i p i h d o l a n e d i a n t e u n a
82
p e r f i c i er e f l e c t a n t e .
ABSORBEDOR.
- En la mayoria d e los sisternas
v o s ,c o n s i s t e
solares pasi-
en l a s u p e r f i c i ea l t a a e n t ea b s o r b e n t e ,
n e r a l m e n t e de c o l o ro s c u r o
que cubre a l o s e l e m e n t o s de
o.
almacenarni ent
Puede s e r l a deun2
p 6 s i t o de agua.
pared,
forjado,
Se sittía en la. t r a y e c t o r i ad i r e c t a
l a radiaci.6~1s o l a r , a l a cual i n t e r c e p t a y
e nc a l o r ;
t a b i q u e o del a
da
conv-ierte
de e s t a forma, l a eriercfa e s a b s 3 r b i d a por la
superficie.
-
~ ~ M A c ~ ~ A N I Z N T Son
O . los m a t e r i a l e s usados en l a cons--
l a intenci6n
se hansituadocon
t m c c i b n 3: que,ademhs,
-
e s p e c i f i c a d e mantener e l c a l o rp r o d u c i d . 0 p o r l a radia-
A v e c e s a estos m a t e r i a l e ss el e s
c i b ns o l a r .
llama
"masa tbrinica" y p o r l o g e n e r a le s :h o r m i g b n ,b l o q u e s
de hoprnig6n o ladrillo, o agua.
La d i f e r e n c i ae n t r e
a b s o r b e d o r y e l almacenamiento(zunque
a v e c e s sea
-
el
la
mima p a r e d o s u e l o ) , est& en que e l a b s o r b e d o r e s una
s u p e r f i c i ee x p u e s t a
y e l almacenamiento e s un material
i n t e r i o r o p o s t e r i o r a esta superficie.
D1STRIRUCION.-
-
S i s t e a a mediante e l c u a l e l
do p o r la r a d i a c i ó ns o l a rc i r c u l ad e s d ee l
c a l o r produck
captador y e l
i
almacenamien-ko, a. d i s t i n t a s zonas de l a v i v i e n d a p o r mg
y radiación.
d i o de f e n b m e n o s de conducción,conveccibn
E ld i s e z o
de l a c o n s t r u c c i 6 nd e b ef a v o r e c e r
I
e l flujo de
c a l o r p o r c o n v e c c i b n a t u r a l durante e l d i a o la noche.
La d i s t r i b u c i h de calor puede s e r apoyado p o r v e n t i l a -
d o r e s o c o n d u c t o s Due l l e v e n el c a l o r a zonas n e c e s i t a d a s .
COi\TTEIOL O MECANIS7205
DE AZGULACION D3L
CALOil.
- Son e l e -
mentos que e v i t a n e l s o b r e n f r i a m i e n t o ,s o b r e c a l e n t m i e q
e s t o s element.os se i n -
t o y l a p k r d i d a de c a l o r .E n t r e
cluye el a i s l a m i e n t om 6 v i le ne li n t e r i o r
f i c i e s de c a p t a c i b n que,durante
e v i t a las p e r d i d a s de c a l o r
E
l a s noches de i n v i e r n o
l a a t m b s f e r a ,t Z n b i 6 n
puede u s a r e l a i s l a m i e n t om 6 v i l
b i e n pueden ser a l e r o s
se
e n verano ?ara c o n t r s - -
ler e l sobre c a l e n t . a n i e q t o m
, anteniendo
d e l s o l fuera de l e v i v i e n d a .
de l a s super-
lp, r a d i a c i b n
Gstos controles,
-
taz+--
de las c u b i e r t a s ,p e r s i a n a s
fi-
jas, p a r t e s o l e s y toldos que dan sombra a l a s u g e r f i c i e
I
c a p t a d o r ad u r a n t ee l
Otrometodo
die.
para d e f i n i r l a c l i m a t i z a c i h solar p a
s i v ae se lp r o p u e s t o
p o r ilc P h i l l i p s en l a a u es ea p u -
pan las g a n a n c i a s e n
: Directas, indirectas
e n t e s.
-
e independi
9
Cuando l a radiación s o 1 a . re n t r a
G A N A N C I A S DI2ECTAS.-
d&
r e c t a m e n t e a l a s h a b i t a c i o n e sm e d i a n t es u p s r f i c i e sd e
cristal.
.
E lc a l o re sa b s o r b i d o
y almacenado p o r una
-
pared o s u e l o de obra o p o r o t r o s m a t e r i a l e s u o b j e t o s
a l o s c u a l e s l a r a d i a c i ó n solar i n c i d a d i r e c t a m e n t e
bre e l l o s .L aa p o r t a , c i 6 nd i r e c t at i e n e
so-
l a v e n t a j a de
p e r m i t i r e l c a l e n t a m i e n t od i r e c t od e le s p a c i o ,m i e n t r a s
p r o p o r c i o n a l u z abundante y v i s t a a l e x t e r i o r . ( F i g . 111. b)
GANANCIAS INDIRECTAS.
d e ss u p e r f i c i e s
-
En e s t e caso t m b i k n s eu s a n
vidriadas,
o r i e n t a d a s a l sur, p e r a l a
radiacibnsolaresinterceptada
dor y almacenador que separa
table.
-
por un e l e n e n t oa b s o r b 2
-
a l c r i s t a l de l a qona h a b i
E 1 muro trornbe e s un s i s t e m a de g a n a n c i ai n d i -
r e c t a y usadoen
NAVIT.
ZraG
a l p n a s de l a s casas s o l a r e s d e l
E l p r i n c i p i o defuncionamiento
de c o n s t r u c c i ó ns ev e r 6 . n
m8s adelante.
GANANCIAS INDEPZVDIXIVTES,
- listas
de l a r a d i a c i b n s o l a r
INFO-
y l o sm a t e r i a l e s
Gananciasson
producto
que s e capta e n . u ne s p a c i o
in("--
p e n d i e n t e como puede ser un i n v e r n a d e r o o u n a8 a l e r i a . E l c a l o r se d i s t r i b u y e de ahf a t o d a l a v i v i e n d a , %a?--
b i e n son a 9 o r t e s i n d e p e n d i e n t e s l o s producidoscuan60
e lc a l o re sc a p t a d o
-
p o r a1gÚ.n c o l e c t o r solar p l a n o , clue
u t i l i c e l a t e n d e n c i a natural b e l a i r e
t r i b u c i h a las z o n a s h a b i t a b l e s .
corno medio de d i 2
Y2
\'l
FIG. 1II.b. Ganancia directade energía solar
I
FIG. 1II.c. Ventilación Inducida por
medi'o
de
turbina eólica
LA R G F R T G E ~ A C I O N PASIVA.
-
aue a l i m a l que l a c a l e f a c -
c i o n pasiva, s e consiguemediante
e lp r o p i od i s e i i o ,
t r i b u c i b n y c o n g o n e n t eds eeld i f i c i o .
di2
En , y e n e r d ,
r e f r i # y e r a c i b n pasiva e s t á enfunción
la
de l;o b i e nc o n t r o -
lada. que e s t 6 l a captaci6r d e l c a l o r ,
combinadacon
to-
y ventilg
da una s e r i e deesquemasbásicosdeinducci6n
ci6n natural.
S e puede p r o t e g e r d e l c a l o r a & s e
bra a las s u p e r f i c i e s d ec a p t a c i ó n
ros v e n t i l a d o st, o l d o s
-
de p m y e c t a r s o n
s o l a r , med-ia-nte a l e -
y vegetaci6n.
Los a i s l a q i e n t o s
-
m b v i l e s se pueden c e r r a r de dia para e v i t a rg a n a n c i a s
de c a l o r .
L a v e n t i l a c i b nn z t u r a lc o n s i s t ee n
a l a i r e su moviniep
las brisas d ev e r a n o ,f a c i l i t h d o l e
t o a t r a v e s de l a v i v i e n d a .
aprovecha e l e f e c t o dechimenea,
que e l a i r e c a l i e n t e
de u n a t u r b i n a
.
111.2 A.
w ec o n s i s t e
en h a c e r
l a parte sugerior
eblica. ( F i g . 1 1 1 . c . )
SITUACI ON Di2 LA i D I 3’1CACI ON
c i 6 n su entornoqueayude
d e t e n e r s ee nc o n s i d e r a -
amortiguar los e x t r e a o s d e l
clima.
Los f a c t o r e s a,ue i n f l u y e ne nu n av i v i e n d as o l a r
siva son l a t o p o p r a f i a ,e ls u e l o ,e ld r e n a j e
L a s i t u a c i 6 n para u n a v i v i e n d a p a s i v a
e n e r g i a ,s e r &
en u n ap e n d i e n t e
pa-
y l a vegetaci6n.
que c o n s e r v e l a
a l sur, conArboles
p e r e n e a l n o r t e de l a c o n s t r u c c i b n .
la v i v i e n d at e n p a
-
y salir r6pidamente p o r m e d i o
Al c o n s t r u i ru n av i v i e n d ad e b e
local.
La v e n t i l a c i 6 ni n d u c i d a
queseacumulaen
d e l e d i f i c i o p u e d as u b i r
a b r i r l a casa a
-
de h o j a s
Esta p o s i c i 6 n her& que
un buen acdeso de l a r a d i a c i 6 n solar.
Si
la vivienda s e d e j a expuesta a los v i e n t o s de i n v i e r n o , las
p e r d i d a s de c a l o r
si
por c o n v e c c i b n aumenta.
e l t e r r e n oe s
l l a n o , s e puede p r o c u r a rc i e r t ap r o t e c c i b nc o n t r ae lv i e n t o ,
-
o escombros a l o l a r g o de
c r e a n d oe nu n ab a r r e r ad et i e r r a
t o d a l a fachada n o r t e , y a v e c e s , t a m b i h l a fachada e s t e y
o e s t e ,t a r n b i e nv r o t e g e
nesdel
a l a v i v i e n d ac o n t r a
las i n f i l t r a c i o -
a i r e y i a s temperaturasextremas.
-
Es muy i m p o r t a n t e e l tamaño y l a c o l o c a c i 6 n de l o s &bo
les.
Una g r a ne x t e n s i b nd e* b o l e s
de h o j ap e r e n e a l Norte,
N o r o e s t e y N o r d e s t e e s una barrera c o n t r a e l v i e n t o perfecta.
Al s u rn o debe haber B r b o l e s n i muy a l t o s n i muy c e r c a de l a
fachada que i m p i d a l a p e n e t r a c i b n de l a r a d i a c i 6 n s o l a r d i r e q
ta,
S i no hay B r b o l e se n
d e b e np l a n t a r s e
vierno.
donde s ev a
a c o n s t r u i r e, n t o n c e s ,
para d e s v i a r l a t r a y e c t o r i a d e l v i e n t o e n i n -
Se puede p l a n t a rs e t o st u p i d o s ,
c o n t r ae lv i e n t o
muy e f i c a c e s ,
que
son
barreras
y, a d e d s ,c r e c e np r o n t o .
-
De p r e f e r e n c i a hay que c o n s t r u i r por e n c i m a d e l n i v e l
f r e b t i c o para t e n e r un
buen
drenaje.
Aderniis, e s t o produce
humedad e n e l s b t a n o y losas d e ls u e l o ,h a c i e n d oq u ee l
lor e x i s t e n t ee n
l a viviendasereduzca.
un a i d a n t r e r e l a , t i v a m e n t ee f i c a z ,p e r o
ca--
L a T i e r r a s e c ae s
s i e s t a hwnedat, ac--
t6a como un a b s o r b e d o r de calor.
l a r e 9 r i g e r a c i ó n de l a v i v i e n d ae nv e r a -
Sedebeprever
no, r e c i b i e n d o 1a.s b r i s a s que normalmentevienen
Hay que prestar a t e n c i b n a l soabreadode
tadas a l Oeste.
d e l Sur.
las v e n t a n a so r i e n -
Los B r b o l e s pueden sombrear l a vivienda.en
f o r m ae f i c a zr e s p e c t o
-
a e s t ar a d i a c i 6 ns o l a r ,l o
quepuede
-
r e p r e s e n t a r una p a n ayuda- p a r a l a carga de r e f r i g e r a c i ó n de
la. vivienda en verano. ( F i g . 111. d. )
La c o r r e c t a l o c a l i z a c i 6 n
y o r i e n t a c i 6 n del e d i f i c i o pug
de c o n f e r i r l e a l a vivienda. una v e n t a j a d e c i s i v z f r e q t e
a los
Los árboles pueden u t i lizarse como barreras
a l viento para reducir.
l a s perdidas de calor
AJ
FIG. 1II.d.
Protegida por árboles
en e l Norte, l a fachada
sur de l a vivienda
permanece abierta a las
brisas de verano.
clima, e s p e c i a l m e n t e e n c o n d i c i o n e s climáticas
e f e c t o sd e l
-
extremas.
..
111.2. B.
CONSERVACION DE S N S l I G I A
La forma., o r i e n t a c i b n y d i s t r i b u c i h de l o s e s p a c i o s e s
v i t . a l para l a c s n s e r v a c i b n de e n e r g i ae n
pasiva.
La forma d-el e d i f i c i oa f e c t a
d i d a s de calor y g a n a n c i a ss o l a r e s ,
-
l a v i v i e n d a solar
l a r e l a c i ó ne n t r e
y elobjetivo
n e r una b a j a r e l a c i b n de l a s u p e r f i c i e e x t e r i o r
e l volumen i n t e r i o r ,c o n s t , r u y e n d ou n av i v i e n d a
peg
e s mante--
de p i e l c o n
que
20
se d e s
parrame por e l t e r r e n o .
d a r a l Surverdadero
L a fachada p r i n c i p a ld e b e
31 mayor e j e de l a v i v i e n d a d e b eo r i e n t a r s e
2 15O
.-
de X s t e a .Deste,
d e j a n d o l a fachada Sur como c a p t a d o r a de r a d i a c i 6 n solar y en
l a que se c o l o c a n l a mayor p a r t e o t o d a s l a s zonas de estar
principales.
Un i m p o r t a n t e l o q o e n
l a d i s t r i b u c i h ,c o n s i s t e
en c o l o
car t o d a s l a s zonas de p o c o uso y los l u g a r e s que n o r e q u i e -
ren de c a l e f a c c i h a l o 1ar:yo de l a fachada Norte, donde pug
den s e r v i r de b a r r e r a e Q t r e e s t a
e s p a c i o sh a b i t a b l e s .
fachada y l o s p r i n c i p a l e s
-
E s t o s l u z y a r e s pueden ser, zonas de al-
m a c e n a m i e n t o ,d e s p e n s a s ,a r a a r i o s ,v e s t i b u l o 6
-
y c u a r t o s de
s e r v i c i o.
E l s i ,~-m i e n t e p r i n c i p i o de c o n s e r v a c i b n de l a erzersia e s
e l a i s l a m i e n t o g s e l l a d od e le d i f i c i o .
Las p b r d i d a s de ca-
l o r pueden d e b e r s e a la i n f i l t r a c i b n d e l a i r e
las r e l l d i j a sq u er o d e a n
a t r a v e s de
--
imertas y ventanas y a traves de l a s
numerosas j u n t ; a s e n t r e F a r e d e s y c u b i e r t a s .
c i o n e s pueden minimizarsecon
Estas infiltrg
j u n t a s auladas a l r e d e d o r de
n u e r t a s y v e n t a n a s y con e l s e l l a d o de j u n t a . sc o n s t r u c t i v a s .
-
L a sb a r r e r a s
d ev a p o re n t r ee la c a b a d oi n t e r i o r
elaislaaiento
tarnbikn pueden ayudar a e l i m i n a r i n f i l t r a c i b n
e s dequepuede
..
y e s t a n c a m i e n t o de a i -
a p a r e c e rc o n d e n s z c i 6 n
re.Serecomienda
una r e n o v a c i h de a i r e cada 2 horas.
-
Otra f u e n t e de p é r d i d a s de c a l o r e s l a t r a n s m i s i ó n a
traves de l a s v e n t a n a s E. s t ep r o b l e a a
l a fachada n o r t e y
t a r l a s u p e r f i c i e s de las v e q t a n a se n
-
p o r con-
c r i s t a l para c r e a r e n t r e
los dos un
amorti,gUamiento
t6rYhico.
21 s o b r e c a l e n t a m i e n t o
e n l a s v e n t a n a s d e l Sur pued.e c a u s a r un aroblemaen
m&s moderados,auqentando
Urn&
l a s fachadas e s t e y
Otra forma de e v i t a r p e r d i d a s e nv e n t a n a s
d u c c i 6 n ,c o n s i s t ee nc o l o c a rd o b l e
-
puede r e d u c i r s e a l
m i n i m i z a r o e l i m i n a r l a s v e n t a n a se n
oeste.
-
d e l muro. y
climas
l a carFa de r e f r i p e r a c i ó nn e c e s a -
ria.
Las c u b i e r t a s , p a r e d e s
c o n d u c c i 6 nE
. stas
y pavimentos p i e r d e n c a l o r
p e r d i d a s s er e d u c e nu t i l i z a n d o
t o e n p a r e d e s ,s u e l o s ,v a c i o s , s a n i t a r i o s ,c u b i e r t a s
tos.
-
por
ai slamie2
y cimiez
En p r i n c i p i o , en las c b a r a s de a i r e de paredes y cu-
b i e r t a s deben ajustarse mantas y placas a i s l a n t e s , d e b i d o
que e l c a l o r puede pasar rápidamente a t r a v e s d e l a i r e
perderse.
y a.si
E l a i s l a m i e n t o de r e l l e n o como p o l i e s t i r e n o
debecomprimirse,
ya que su r e s i s t e n c i a t 6 r m i c a . s e
Las b a r r e r a s de vapor d e b e nc o l o c a r s e
tracibndelaire
a
30
-
rnodifica.
para impedir l a infil-
y l a formacion de huaedad d e n t r o b e l a i s l a -
siento.
111.2. c,
DISPOSITIVO3 PASIVOS
ESPZCI i&ES
En l a s e d i f i c a c i o a e s pueden e a p l e a r s e d i s p o s i t i v o s pa-
sivos e s p e c i a l e s para c l i m a t i z c r l a s .
E s t o sd i s p o s i t i v o s
>r)g
48
.
.
s i v o se s p e c i c l e s
puede s e r : Xuro T'ro;nbE:, Terno-contenedores
con aqua y t e c h o de arua. La a e s c r i p c i b n y p r i n c i p i o de f u ~
_.
cionamiento d e e s t o sd i s ? o s i t i v o s
X J 2 0 TROXBE.
- Este
r o de 20 a 4 0 cm
SB
h:r<1.
EL
con-l;inuacibn:
s i sterna c o n s i t . t e e n c o n s t r u i r
an .nu-
d e Trueso, ya 3 e a de horni&n,
bloaue
de hos!niy6n o l a d r i l l o e?l la f a c h a d e S u r d e l e d i f i c i o .
Esta s u p e r f i c i e se pinta de 3 e p o :)Era a b s o r b e r l a ra-
diaci b n solar y se a c r i stala.
Un s i s t e n a Trombe puede
c o n s t r u i r s e para. s u m i n i s t r a rc a l o r
p r i i n e r sf o r a a
de d o s forinas. L a
e s p a r & un c a l e n t z n i e n t oi n m e d i a t o ,
tras los rayos s o l m e s iEcide;zsobre
el
mro.
-
mieG
Este
3%
r o se c o n s t r u y e con dos o r i f i c i o s d e v e n t i l a c i 6 n , unos i t u a d o en el n i v e l m&s a l t o y o t r o e;? e l m&s bajo d e l
e s p a c i oh a b i t a b l e .
X 1 c d o r se c a p t a en la cavidsld que
queda e n t r ee lv i d r i o
c a l i e n t et i e n d e
re f r i o
y l a s u y e e f i c i e del muro, e l a i r e
/
a s u b i r p o r c o n v e c c i 6 n h a t u r a l y el a i -
e& introducido por e l o r i f i c i o i n f e r i o r
La segunda forma
rnuro t r o a b e s e r e a l i z a
a la
-
d e s u m i n i s t r a r c a l o r medic-nte un
p o r La absorci 62 y alrnace*La.lien-
t o de l a r a d i a c i b n solar, 21 xuro l l e 7 . a a c a r p r s e de
-
calor que ir&c e d i e c d o a l e s p a c i o h a b i t a b l e a 1 0 Irrgo
d e l d i a , i n c l u s o h a s t a cuanco el S o l s e hayr p u e s t o , 2s
t e e f e c t o de r e t a r d o se debe a que e l c a l o r t i e n e
a t r a v e p a r e l g r o s o r d e l nuro.
cluc
-
d s t e e r e c t oc n r - c t e r i z a -
a los s i s t e : n a s cie aportes i a . d i r e c t o . ( :c r ' h i l l i p r , . k a r t i n ) .
47 :
1
FIG. 1II.e. Calentamiento de aire por medio
del muro trombe
I
Y
FIG. 1II.f. Calentamiento de a i r e por medio de
termo contenedores.
r a d i a c i 6 nd i r e c t ac a l i e l n . t ae l
a m a c o n t e n i d ae n
10s Coz
E l c a l o r e s almacenado y e s t r a n s m i t i d o a l _.
tenedores.
i n t e r i o r , ya s e a como r a d i a c i ó n o por convecci6n.
Si
l o s t e r m oc o n t e n e d o r e ss o nc i l i n d r o s
el
( F i g . III. f. ),
a i r e puede i n d u c i r s e a c i r c u l a ra l r e d e d o r
#
de e l l o s para
u nc a l e n t a m i e n t oc o n v e c t i v o
más e f i c i e n t e .
A continus
c i b n se d a una t a b l z . enque
se v i s u a l i z a l a capacidad
de a l m a c e n a a i e n t o de c o n t e n e d o r e sc i l i n d r i c o se nf u n c i 6 n
de su d i h e t r o .
D i h e t r otubo
20.
de
(cm. 1
Volumen/ m l i n e a l
(&/m 1
P e s od e l ama c o s
t e n i d ae n kg/m.
9l i. n
8 4e a l .
32
30.4 8
45.72
60.96
I
9.63
-
22. 31
50.12
88.91
22.2 3
49.90
88.93:
22201
49839
88806
C a p a c i d a d de almg
cenamiento calorif i c a e a cd/OC/m.
lineal.
9832
Capacidad de a l m a c e n a n i e n t o de c a l o rp o rm e t r o
-
l i n e a l para c o n & e n e d o r e s c i l i n d r i c o s de agua con d i f e r e n t e s d i b e t r o s de tubos.
TECHO DE
AGUA.-
X 1 t e c h o de a g u ac o n s i s t ee nu n ae s p e -
c i e de cama de a-&,
que c u m d oe se x p u e s t a
c i ó n s o l a r , c o l e c t a ,a l m a c e n a
a l a radia-
-
y d i s t r i b u y e ne lc a l o r .
Este c a l o r p a s a a l a h a b i t a c i ó n a traves de un s o p o r t e
r n e t h l i c oe n
l a techurnbre
en
rano, e l c a l o r
e l i n v i e r n oD
. urante
e l vg
sube’? por c o n v e c c i ó n y p o r conduccibn pg
sa a l a s b o l s a s de ama, e n f r i a 9 . d o de e s t a f o r m l a casa,
a l a vez deque
e s c a l e n t a d a e l ama de l a s bolsas.
.
Du_
....
l a s bolsas se t r a n g
r e n t e la noche e l c a l o r almacenadoen
f i e r e a l a a t m 6 s f e r ap o rr a d i a c i o n ,c o n v e c c i b n
y evaporg-
que e l c a l o r de l a s bolsas se vaya
c i 6 n .P a r ae v i t a r
a l a a t m b s f e r a , puede c o l o c a r s e un a i s l a n t e para que e l
c a l o r se d i s i p e a l i n t e r i o r de l a s h a b i t n , c i o n e s , a u m e n t a g
c
do de e s t a forrna l a ternperatura y c o n f o r te ne l l a s .
f u n c i o n a m i e 2 t o de e l t e c h o de aguasemuestraen
El
--
la
Fig. 111. g.
E l aguapuedealmacenar
m5.s e n e r z i ap o ru n i d a d
de
p e s o que c u a l q u i e r a de los m a t e r i a l e s comunes usados en
,
l a c o n s t r u c c i 6 nL. ap r o f u n d i d a d
t i p i c a d e l t e c h o de
a,gua e s de veinte a t r e i n t ac e n t i m e t r o s .
-
La o p e r a c i b n
de l a s b o l s a s de a,pa e s isotBr?lica y rtinidamente tranE
ganancia o p e r d i d a d e t e n p e r a t u r a a l a
f i e r ec u a l q u i e r
er.dificaci6n.
Debido a que no hay un r e t a r d o en l a t r a n s f e r e n c i a
de t e m p e r a t u r a en las bolsas de ZTaa, p u d i e r as e r
d e s v e n t a j ae n . e s t e
una
-
sistema, ya que t o d o e l calor s e di-
sipa d u r a n t e el d i a y n o alrnacena c a l o r para d i s i p a r l a
e n l a noche.
Es d e b i d o a e s t oq u es eh a c et a n
t e t e n e r un a i s l a n t e p a r a a l m a c e n a r
que B s t es ed i s i p e
habitaci,ones.
importa2
algo de calor para
en el t r a n s c u r s o de l a noche a l a s
La. e f i c i e n c i a t i p i c a en l a c o l e c c i b n de
c a l o r a traves d e l d i a e s d e unos 45$.
Menos de l a
t a d de e s t e c a l o r e s t r a n s f e r i d a a l a h a b i t a c i b n ; S a
rnL
-
r e s t a n t e e s p e r d i d a a trzvbs y alrededor de l o s paneles
que e n c i e r r a n a. las bolsas afir cua:~cio 6 s t . o s e s t h a i s l a
dos.
( B e i h o l d , V. -rrostra,nd).
4
I
,
W
_.
i
I
53
"""-
CAPITULO
I V
SI STENAS FOTOVOLTUCOS
""""""
I
l
PRITJCIPIOS DE C O N V i R S I O N FOTOVOLTAICA
IV. 1
"
"
"
"
" " "
"
"
"
" "
"
"
"
"
"
E l e f e c t of o t o v o l t a i c o
e s "la g e n e r a c i b n deun
cuando una r a d i a c i b n i o n i z a
l a r e p i 6 nc e r c a n a
potencial
a l a barrera de
p o t e n c i a l de un s e a i c o n d u c t o rS. ec a r a c t e r i z ap o ru n af u e r -
za e l e c t r i c a m o t r i z ( f . e.m. ) autogenerada y l a habilidad para
e n t r e g a rp o t e n c i a
a una carea, p r o v i n i e n d o l a p o t e n c i a prima-
r i a de l a r a d i a c i 6 n i o 3 i z a n t e " . ( i i a p p a p o r t ,
e l punto de vista corpuscu-
E l d e c t of o t o v o l t a i c od e s d e
l a r t i e n eu n ae n e r g i a
Paul).
de:
E,,= \?
(IV.1)
\I'
A cada c o r p d s c u l o de m e r g i a d e f i n i d o
e l nombrede
-
rJor ( X V . 1 ) r e c i b e
f o t 6 n , donde h e s l a c o n s t a n t e de P l a n c k y
-
9
su f r e c u e n c i a .
La m a t e r i a est& c o n s t i t u i d a p o r &tornos que sepln e l e s t a d o en que se e n c u e n t . r e ,6 s t as ed i s t r i b u y e
En l o s c r i s t a l e s s 6 l i d o s l a p o s i c i b n que toman los tttg
ra.
.
'
de d i s t i n t a mans
nos son ordenadas y hay otros s b l i d o s en l o s que no se t i e n e n
e s t r i c t u r a so r d e n a d a s
que se denominan v i d r i o s o amorfos.
Los e s t * a d o s e l e c t r 6 n i c o s e n
s e como de c o r a z aV, a l e n c i a
l o s s b l i d o s pueden c l a s i f i c e z
y conducción.
Los
d e c o r a z a se
-
e n c u e n t r a n tan c e r c a del n ú c l e o a u e p r á c t i c a m e n t e , s o n i n d i f e
r e n t e s a l a p r e s e n c i a d e otro &torno y s u s c a r a c t e r f s t i c a s son
las mismas tanto en el s 6 l i a o como en e l &tomo a i s l s d o .
Los
e l e c t r o n e sd eV a l e n c i a
s o n los aue partAcipan en 12 lita de
-
6 t o m o s cuando se forma e l s ó l i d o
fijos.
y se
e n c u e 9 t r a q mas o neqos
Los e s t a d o s de conducción, s o q e s t . a d o s no l o c a l i z a -
d o s o extendidop
s o tro d o
el s ó l i d o .
e l e c t r o n ep
s u e d e nm o v e r s e1 i b r e n e n t . e .
En e s t e e s t z d o l o s
-
A t e a p e r a t . u r a de c e r o
a b s o l u t o 1.0s e s t . s d o s de c o r a z e y de vale9cic' e s t . z r h ocupados
.
de F e r a i "
En la T i F y r a 1V.a
y de co:lducciÓn.
seesquematiza
12 S b a n d a s de V a l e n c i a
i i s t a s bandas gueden e s t a r e n c o n t a c t o o s e -
paradas p o r ur?a r e g i ó n tienorJi:lzdz BANDA PNOHI317iA.
DependierdoGel
s e l e denoai
-13r'a
a-icho de estü b r e c h a , a l o s 9 a t . e r i a l e s
conduct.ores,serniconductores
CuzndD- d o s q ? a t , e r i s l e s
pas, dando o r i c e e n
se
a u'? -.ivel
c i b n i n i c i d e s l a que
se
ji;r:tL.n
o aislantes.
e x i s t e un f l u j o de c a r -
de 3 e r n i co:ztinuo.
xues-Lrc en 1cd figura 1V.b.
seniconductor t i p o n e x i s t i r 5 3 e l e c t r o l n e sl i b r e s
de c o n d u c c i hr p e
tipo
Q
La s i t u a En el
ez? l a banda
p r o v i e ? e de impurezzs y e.1 e l sel-niconductor
e x i s t i r & ? h u e c o se 3
1 2 ba,nciia de V a l e n c i a ,
Al ponerlos
en c o n t . a . c t o cie dos n a t e r i a l e s , h a b r á un f l u j o de cargas: l o s
h u e c o s 21 3 ; : f . e r i o l t,i;To n y l o s e l e c t r o n e s a l m a t e r i a l t i p o p 1
a p a r e c i e n 2 o a la vez u?"; cenpo e l é c t r i c o oue detendrh el flujo
de czrpzs.
üe ba-ids;s
se a T r e c i 2
Al f i n a l i z a r el f l u j o de c a r p s ha5rB ,un diarra9a
eo30
UT?
el que s e 3 u e s t . r a en l a fi,gura I V . c, en
d a r & u? flujo d i f e r e n t e según l a d i r e c c i b n de
12 c o r r i e n t e .
r e c , u i e r e n c?e LX
Si e l f l u j o
es
del 1~8.0
n rl 9 l o s e l e c t r o n e s
i.;lcre:ne.2to e n su e:::er,yía ipual al t z n a E o de la
brecha, T i i e : I + r z ; s e s t a e.rLeryia
p 21 n,
,LO se
3n c a n b i o cu~:r;~c!o
e lf l u j o
130
c ~ a l
n i v e l de ?errni c o n t i n u o .
Esta
alpuno.
el
existir6 p r o b l e : n s ,
i l r u a l e , no e x i s t i r 6 f l z j o
de e l e c t r o n e s s e a d e l l a d o
;;&q u e
l o s e l e c t r o n e s so2 favo-
I
1
J
56
I
herda
Gstados
permi t i do S
1
Banda
prohibida
.
*f
Estados
permitidos
1
FIG. 1V. a. Ai s l a n t e
E
- Bp ne remr gi itai dque
separa a l o s estados
o s de e n e r g i a m8s baja
Ef-
de l o s e s t a d o sp e r m i t i d o s
.&a m6.s alta.
N i v e ld e Fermi.
de eney
P
O
T
E
N
C
I
A
L
PIC, 1V. c, Diagrama de bandas para un
semiconductor.
.
...
.
.
r e c i d o s p o r e l l u p a r a doilcie se d i r i , c e n .
Cuando la u n i kn p
e l e c t r b nh u e c o ,
e s i r r a d i a d a . , se producenpares
-
f
l o s p r i n e r o s e n l a bs.nda de conduccibrl y los
sepundos en. la de v a l e n c i a .
51
-
flujo de l o s portadores c e n e
-
ran un campo e l e c t r i c 0 adenfis d e una C i f e r e n c i a p o t e n c i a l en
*
tre los e x t r e m o s de l a uni6m.
S i s ec o 9 e c t . au n ar e s i s t e n -
c i z e n t r e l o s e x t r e n o s hsbrá. urn flujo de c o r r i e n t e .
Con e s t o s ejegplos mdierarnos r e s u n i r a l e f e c t o f o t o v o l t a i c o en t r e s etEtp8s:
a ) Absorción de f o t o n e s , ,yeners.:2do pares e l e c t r 6 n " n u e c o .
b) Difusi6.n de l o s p o r t a d o r e s F;enera,dos.
,
c ) Colección de l o s p o r t z d , 3 r e s que f1uirg.n. e? l a w r p a , coaenergia.
conprender
f u a ce il o n a 3
t r u i d a sc o n
que e s t a s estan cons-
: ; l a t e r í a l e s s e a i c o a d u c t o r e s , t a l e s co:fio Silicio o
Gernaniogenera1ment.e.
I
i
i
.. .
.~
t
58
""_"
IV. 2
C A R A C T Z XST1 CAS A:L.BCTRICAS
"
"
"
"
"
Unz? c e l d a solar n o i l u n i m d a t i e l - , e una c a r a c t e r i s t i c a
c o r r i e n t e - v o l t a j es i : z i l a r
a la de la u c i ó n p-n
t e n c i z .c o n e c t a d ae ns e r i e
como se nuestra en la f i ? p r a 1V.d.
con la r e s i 2
(Phrez, Ssteban J a v i e r ) .
c
La c o r r i e n t e 1.. e s t & d a d a por l a e c u a c i b n :
(IV.2)
donde
I
U
I
O
e s el f l u j o d e l a c o r r i e n t ee n
la u n i h p-n.
e s la c o r r i e n t e d e s a t u r a c i ó ni ! . ? v e r s a
V
T
K
e s e l voltaje a T l i c n d o .
q
e s l a c a r g ad e le l e c t r ó n .
A
e s e l f a c t o r de curva adicior-al'
e s la t e n p e r z t u r u en
O
K
e s l a c o n s t a n t e de Boitzaan
En la P i . p n a 1V.e s e xuest#rz. 1s c o r r i e : l t ed e b i d a
a la
i l u m i n a c i b n de l a c e l d a , a e s t a corria.q.te s e le deriomiura corno
IL
( Rapport, P a u l ) *
La c o r r i m t e e s t á
dacia en e s t e caso p o r :
E l f o t o v o l t a j e m&xirno se obtie;:)e ;)ar,a c i r c l ; i t o ü b i e r t o
(Rc
+
-O
),
donde:
(IV.4)
-
59
IO
FIG 1V.d.
Corriente un una c e l d a solar no iluminada
"a
i
R
Diodo
/
IL
Y
3
S
C
r
FIG. 1V.e
+-"--vCorrie:?te
e-.?
una c e l d a s o l =
iluminada,.
ma
se
o b t i e n e mediante e l a r c a n5.xinla d e l r e c t , & n g u l o i n s c r i -
t o e?-t l a curva IvsV de'la. f i w r z IV. e .
Rop
-
(Chapin,
D.M. )
\/.p
y t e g i e n d o l a r a d i a c i 6 n solar in-
En e s t a sc o n d i c i o n e s ,
cidegt.e de l a l o c a l i d a d la. p o t e n c i a e s t a r & d a d a p o r ( P b r e z ,
E s t c e b a nJ a v i e r ) .
P,,Y
=
%p
(IV. 6 )
Top
de aaui se desprende q u e 12, e f i c i e r t c i a en las celdas fotovol-
taicas e s :
( I V . 8)
v o c LL-
-
A l d e s p e j a r I o p de la e c u a c i 6 n (I'v'. 8 ) y sustituirlr en
l a e c u z c i b n ( I V . 7 ) l a e f i c i e n c i a p u e d e e x p r e s a r s e en t e r m i n o s
de IL.
Xn e s t a s ecuaciones s e a p r e c i a o,ue l a e f i c i e n c i a de l a
c e l d a e s t & e n f u n c i b nd i r e c t e
de
F c e IL/Io.
En terninos g e n e r a l e s , una c e l d a se c a r ¿ > c t e r i z apor med i o de l o s s i f u i e n t e s f a c t o r e s queevaldan
p r o c e s o s . ( P b r e z , Esteban J a v t e r ) .
y COiitrOla.fl los
-
64
.
IV. 3
- "_
""""""-
CdLDAS Y PAX3LS:j .2'3TOVOLTAICOS
"
"
"
Las c e l d a s f o t o v o l t a i c z s ~ S cSo n u n e s( i n c l u s o
+)
b r i c z . d z s p o r e l CI3V;dTAV-IYN
las f a -
so> las de s i l i c i o m o n o c r i z
-
t a l i n o d e b i d o a economia y s e n c i l l e z d e s u t e c n o l o g i a .
(Cas
t e l l a n o s , Alfongo).
E l s i l i c i o e s un m e t a l no
d u 9 ,
axarillo, obtenido
p a r t i r d e ' s i l i c a t o s que s e encuentranabundantenenteen
rocas igneas o a partir d e ls i l i c e
m e n t a l de algunas w e n a s .
8
-
las
componentefunds
( SiO,),
Lz: n a t e r i a prirna e s p o r t a n t o muy
común: de h e c h o e l
s i l i c i o e se le l e m e n t o
e lp l a n e t ad e s p u e s
d e l o x i g e n oS. i n
m6s abundanteen
e:nbzrg-o, para p u r i f i c a r
a l n á x i a o 3.a s í l i c e e s n e c e s a r i o pasar p o r v a r i z s e t a p a s .
-
L a r e d u c c i ó n de l a s im?urezo.s s e l9y:rz h a b i t u a l a e n t e p o r un
metodo llaaado " i l e f i n a m i e n t , o por z o , ~ a s " .
a i e n t os e
formaunapeque-a
z o m d e r r e t i d a e-n unode
t r e n o s de l o s t o c h o sd e lm a t . e r i a l
c a l e f a c t o r aa n u l a re n
cuencia.
32 e s t ep r o c e d i l o s ex-
bruto anedianteunabobina
l a que p a s a u12 c o r r i e n t e de a l t a f r e -
A c o n t i n u a c i ó n l a zona f u n d i d s se c o r r e muy d e s -
p a c i o a l o l a r p o 2 e l tocho.
sean arrastradas j u n t oc o n
Z s t o hace
que
las impurezas
l a zorra f u n d i d a ,d e j m d ou n a
r ei m p o r t a n t ed e tl , o c h oe n ' e s t s d o
par-
coy
xuy puro.
Despues
se
t a y l a p a r t e con n a t . e r i a 1 mfs pur3sevut-lve
-
a f u n d i rc o n
uns. cari-tidad a d e c u a d ad ei n p u r e z z sL. a cs h l u l a fso t o e l e c -
tricas s e obt.ie;ien a i?zrt,ir de 'slz solo c r i s t a l de e s t em a t e rial i T > u r i f i c a d o .
X e d i z n t e uqa s i e r r a se c o r t a n l & n i n a s
rnuy C e l m d a s d e l c r i s t a l
jk-rr
o b - t e r e r las p l a a u e t a s q u e s e
ern,ulean en las c e l d a sf o t o e l e c t r i c z s ,
+
CIT:VzSTAV-ITX:
-
E l m 6 t o b o m&:s
carries
S e n t , r o d e 1 : i v e s t . i p a c i o n e s y E s t u d i o s kvanzg
dos 2 e l InstitutoPolitecnicoNzcional,
.-
I
63.
t e para. d e s p e s h a c e r
deimpurezassobre
l a s uniones p-n,
e sd i f u n d i r
&tomos
l a s u p e r f i c i e de l a c e l d a ,m a n t e n i b n d o l a
a a l t a t e m ? e r a t u r ae nu n aa t n b s f e r aq u ec o n t e n g ae s t o sa t o -
mos.
Esta capa de d i f u s i ó n ha de s e r muy delgada,de
c o n t r a r i o , l a l u zi n c i d e n t e
de i n f e r i o r que e s l o
h a c eu nr e c u b r i m i e n t om e t a l i z a d o
l o s c o n t a c t o se l é c t r i c o sc o n
B.
J. ).
la
-
l a t e c n o l o g f a usada p o r e l IPN para f a b r i -
car c e l d a sf o t o v o l t a i c a sc o n s t a
de12
p a s o s de o p e r a c i 6 n
agrupados en 5 e t a p a s queson:Pulido
y e v a p o r a c i 6 nd e .a l u m i n i o
mientode
6 l t i m o , se
en l a c e l d a p a r a crear eo-
menor r e s i s t e n c i a p o s i b l e . ( B r i n k a o r t h ,
Ahorabien,
-
no g o d r i a p e n e t r a r hasta su boy
Que forrna l a unibn.Por
n a s donde s ep u e d as o l d a r
lo
p o r una
l a o b l e ac o nf 6 s f o r o
de o b l e a ;l i a p i e z a
de
-
-
las cara-s;envenena--O
en un horno a 900 C , i n c l u y e 2
do d e s o x i d a c i 6 np o s t e r i o r ;m e t a l i z a c i 6 nc o np a l a d i o
y plata
p o r ambas caras, quedando l a r e j i l l a en l a cara n; d e p 6 s i t o
d ed i 6 x i d o
de estaí70 como capa a n t i r r e f l e j a n t e y estafiado
de las barras p r i n c i p a l e s ,c o nc a r a c t e r i z a c i b n
En l a dltima e t a p as eh a c ei n t e r c o n e c c i b n
s e l e c c i b np o rc o r r i e n t e
de l a s c e l d a s .
de l a c e l d a , p r e v i a
y p o t e n c i a miixima, formando
un mbdulo
de 36 celdas en s e r i e , para f i n a l m e n t es e re n c a p s u l a d oe n
s i n a de s i l i c b t r a n s p a r e n t e y vulcanizada(aomero,
( F i g . IV. g ) -
-
A. ).
rg
.
Resistencia
rr
D
c
Isc
V
FIG,
IV. f.
gsquepa de una celda ' f o t o v o l t a i c a .
de
Carga
I
q
I
X3JILLA
t
CUB1 EBTA C OIIE~SEH?A
IN FE31 OR
INTl3RCORECCIONES,
CELDA
SOLA3
ENCAPSULADOB
FIG.’ IV. G.
TJXTALI ZACI ON
POSTSRI OB
Ssquerna de un Id6dulo f o t o v o l t a i c o
de s i l i c o a o n o c p i s k a l i n o
r a r l o s y 1a.s n 5 s cort.as ri-rlüenpoco.Alrededor
de e s t ae n e r p i a
y
de l a m i t a d
s o l a r e s recuperc,da cox0 ei1erFria e l b c t r i c a :
e x i s t , e t,arnbi.i?n u_ra Ckrdida p o r r e f l e x i ó n en l a s u p e r f i c i e
y p o r l a recombinación c?e e l s c i r o n e s y h u e c o s ,p a r t i c u l z r a e y
rnuy p o r encimR o
t.e si. s1e. i b e r z n
d x i s t e a 3 i rnisao u m c i e r t Lp é r d i d a .
p -n.
. lo
d e b z j o de l a u n i 6 n
de c o r r i e n t e a
-
en cuenta !-,oC?o e s t o , se
l a r p de l a barrera.Teniendo
puede e s p e r a r a l o s u n o uy1 r e n d i : n i e - t od e l
-
aproxiaada-
146
m e a t e (. r ' a r r i n g t o nD a n i e l s ) .
L a sc e l d a , ss ec o n e c t a n
ya s e a en s e r i e y/o
ra g e n e r a r la c o r r i e n t e y v o l t a j er e q u e r i d o .
les c o l o c ae nu n ae s t r u c t u r am e t á l i c a
t et a n t o
paralelo pg
Así n i s3o
s6
que les s i r v e de sopo;
-
a las ce1da.s co.no ta.nbién a las i n t e r c o n e c c i o n e s
(Pkrez, J a v i e r ) .
le l l a q a '1X16duio F g
k t , o d o e l conjur,t,o
se
tovoltaico".
de l o s modulos e s : n e n o r 2 le e f i c i e j 3 c i a
L ae f i c i e n c i a
de l a s c e l d a s ,d e S i d o
i:
aue n.o t o d a e l Are2 d e l m6dulo e s t i
p b r d i d a s en l a c u b i e r t aa n t e -
c u b i e r t a p o r celdas.Zxiste-il
d.e varizcioollesen
r i o r ,r e l l e n o ,a d e n á s
las casacteristicas
de cada c e l d a .
En Fenereil, l a e f i c i e : n c i a de l o s n 6 d u l o sc o z e r c i z l e s
-
e s 10 a 20$ menor que lz de l a m c e l d a se a p l e a d a s .( P g r e z ,
Javi e r )
.
L ac o r r i e l - l t e
y el voltaje
eylt.re:Zado p o r un ra6dulo va-
ria con l a i n t e n s i d a d de 13 luz i n c i d e n t e
ambiente.
l a te:ngerc?tura
panel
Pzma c z r a c t e r i z a r e l f u n c i o n a a i e n t o de un
fotovoltaico,
je
y
se Trafican
C U ~ V Z St i p i c z s
de c o r r i e r , t e v o l t s
que s e :nuestran en l a fi;.-;ura 1V.h.
c i b n de l o s Faneles s e u i i l i z a
watt de potenciaentre,?ado
l a czracteriza-
el Y?att-pico,
2 o r u? mbdulo fotovoltzico c o n
"
"
-
-
- - - "_
que e s a a u e l
..
LI.
"
i
-
.
.
c
..
S?
.
FIG.
1V.h.
Curvas t i p i c a s- corriente-voltrje en r"unci6n
d e l a ra2.izci6n r e c i b i d s . y la ternserztum del
m b d u l o r e spect,ivaxientne.
u n ai n s o l a c i ó n
de 1 kw/m
2
y una. t e a p e r z t u r aa q b i e n t e
Una d e f i n i c i ó n 2 3 & l o p s eh z c e
O
de 25 C.
pzra v o l t a j e - p i c o y co-
rrient.e-pico.
Comúnment.e e sn e c e s a r i ot e l l e rs i s t e - m sa u x i l i a r e s
de
-
a ? o y o y/o de a l m a c e n a n i e n t o pzra. d í a s en que l a i n s o l a c i 6 n n o
s e as u f i c i e p t e
par2 que las c e l d a sg e n e r e n
l a e n e r g f an e c e s a -
r i a c p e sztisfzga l á s n e c e s i d z d e sr e q u e r i d a s .
t o s ed e s c r i b ee n
l a s i g u i e c t es e c c i b n .
i31 almacenamier
RLMfiCi3Nil;iII E;,TTO DI.:Z:i?Z:RGIk
IV. 4
-"e"""""
"
Para. h a c e rf r e n t e
solar debido a l a s
te,esnecesario
-"""
c a r a c - t e r i s t , i c z s ? a r t i c u l a r e s de l a
d i s p o c e r de un s i s t e m a que p e r n i t aa l m z c e -
n 2 r l a e n e r g i a~ r o d u c i d ae ne x c e s oe n
horas de S a j a demanda
con e l p r o p b s i t o de s e r u t i l i z e d 8 c u m d o
quiera.
fuen
-
a las v a r i c c i o n e s de l a i n t e n s i d a , d
e l usuario l o r e -
La s e l e c c i h de l a s d i a e n s i o n e sd e ls i s t e n a
-
de a l
macenaniento e s un p r o b l e m c o m p l e j o , ya que puede,even-tualmente, llegar a s e r tanto o más c o s t o s o que e l s i s t e m a
de c o n v e r s i d nf o t o v o l t a i c a .
E l d i s p o s i t i v o más ernpleado a c t u e l z e n t ep a r a ,
l a energiaelectrica
almxenar
e s l a b a t e r í a o a c u ~ . ~ ~ l n . pd loor x o 4 c i d o
s u l f ú r i c o , fun6ane-ntalment.e 6 e S i d o a su cocfi.zbilidad y cog
to.
Dicha b a t e r i ac o n s i s t e
en un e l e c t r o d o
'32
o t r o de bxido de p l o n o su:92r,flidos en Q c i d o s u l f ú r i c o .
r e a c c i o n e se l e c t r o q u i m i c a s
-
plono y
ctle se l l e v m E cabo d e n t r o
Las
de
l e s b a t e r i a s son l a s s i g i e n t e 2 :
Al c o n e c t a r s e
nueven d e le l e c t r o d o
mo,
los electrodos,
l o s e l e c t r o n e s (e-)
se
-
de p10:ao 21 e l e c t r o d o de 6xido de plo-
p r o d u c i e n d ou mc o r r i e n t ee l 6 c t r i c a .
los e l e c t r o d o s son l a s s i p i e n t e s :
Las r e a c c i o n e s en
-
seinviert.eproduci6ndose
( P s r r i n y t otnr o d o s
I
Daniels).
Las b a t e r i E . . s r e q u i e r e n de al;%nos
-
..
cuidados que son i n -
d i ' s p e n s a b l e s para su c o r r e c t . 0f u n c i o n a m i e k n t o ,t a l e s
-
-
plo:no y ó x i d o de plomo en l o s e l c f c
corno:
de q u a ciestiladzt
m a n t e n e r l al l e n a
n o d e j a r l ad e s c a r p c d ad u r a n t e
mucho tierllpo ya que los cris
t a l e s de s u l f a t o de plorno s o 3 d i f i c i l e s de e l i a i n a r .
-
l i r n p i s r e ls u l f a t o
de los polos peribdica!nente.
E l v o l t a j e de c a d 2c e l u l a
e s de unos 2 v o l t i o s , y l a s
t e r i a s d.e a u t o m b v i l e sp r o d u c e nu n ai n t e n s i d a d
o mZs a l moaentode
arraqcar,
de 50 amgerios
Estas b a t e r i a sL i e a e n
j a de s e r cornpa.ctas y r e s i s t e n t e s .
bz
l a ventg
Las placas e s t b bastante
prbximas en,tre si y dipo.nen de u2.a s u p e r f i c i e rusosa para au-
mentar l a s u p e r f i c i e y - r e d u c i rs ur e s i s t e n c i zi n t e r n a ,
Su
-
vida d t i l e s de unos 2 a':os debido a los ciclos c o n t i n u o s de
carga y d e s c a r g a , a l o s d e p 6 s i t o s de sblidos en l a s r e j i l l a s
y en l a parte i n f e r i o r de l a b z t e r i a , y a l d e s a j u s t e de los
coaponentesde
l a batería.
I
-
!
S i n embargo, l a s b a t e r i a s de a l -
m a c e n a m i e n t oe ns i s t e m a sf o t o v o l t a i c o s
no s u f r e nc o n d i c i o n e s
de t r a b a j o tan duras y _nueden l l e g a r a d u r a r 10 o m8s
aces.
Una de las v e n t z j a s de l a s b a t e r i a s de a l n a c e n a m i e n t o e s
de que sepueden
cargar e-2 p a r a l e l o a bajo v o l t a j e c o nc e l d a s
f o t , o v o l t a i c a s y d e s c a r c z s e en s e r i e a v o l t a j e ss u p e r i o r e s .
( Pzrrington Daniels).
E l c o s t o de 12 e n e r g i z . e l B c t r i c a
y rnecbnica e s c o n s i d e r s
blemente mayor cuando s e alnacexii que cuarzdo s eu s ad i r e c t a mente, debido al bajo r e n d i m i e n t od ea b e c e n a a i e L l t o
y de
la
l i b e r a c i b n de l a e n e r p i a almacenzda.
""
"-l__"
E l c o s t o t o t a l de 1 kwh de e n e r g i a e l b c t r i c z
extraida
en l o s s i m i e n t e s ter-
d e l a l m a c e n a Q i e n t os ep u e d ee x p r e s a r
-.
(IV. 11)
n
r r
a e
an
donde
pe
r
a
r
e
M
n
I
C
.- e s el c o s t o de
1 kwh de e l e c t r i c i d a d p r o d u c i d ap o r
e l sol,
.-
...-
.-
e s erl e n d i n i e n t o
e s e l $endimiento de l a e x t r a c c i b n del alnacenamieg
to.
e s e l c o s t o de mantenimiento y d e l funcionamiento
dealmacenaje
,-
-
al azo.
e s e l nlZaero de k i l o w a t i o se x t r a i d o sd eal l m a c e n a m i e n t o a l aiio.
son l o s i n t e r e s e sa n u a l e sd e l
e s l a i n v e r s i 6 nd e l
l a e x t r a c c i 6 r zd e
y
de a l m a c e n a n i e n t o
cagital i n v e r t i d o .
c a l j i t a l en e la l a a c e n a m i e n t o
y
1st e n e r g i a .
e s e l nfmero de aííos de . v i d a de l a unidad de almacenamiento,
La unidad d e almacenamientose
con-;Jo!le regularmente de
varias p a r t e s , cada una d e ellas con unz d u r a c i 6 nd i s t i n t a .
? o rt a n t o
c/y s e puede c o r _ s i d e r a r coino la. s u n a t o r i ad e l
coz
t o de ca.da parLe dividida p o r suduracibn.
E s t a fórmula x u e s t r aq c e
m i e n t o ,e x t r a c c i b n
l o s r e n d i m i e n t o d e almacena-
y d u r a c i 6 n d e l e q u i p ot i e n e n
gran i n f l u e E
c i a s o b r e e l c o s t o t o t a l d e l equipo de a l n a c e n a a i e n t o .
Finalmente diremos aue l o s z t r a c t i v o s de l o s sisteanas
.-
j
72
f o t o v o l t a i c o s son:
a ) su l a r y a vida ú t i l d e b i d o 2 que
no
cuentzn con partes m ó v i l e sq u e ,d e b i d o
-
a l a f r i c c i h se des- -
.ysst#en; b) su operación e s muy s e n c i l l z , y c ) p r h c t i c a m e n t e
6-
n o requieren de mantenimiento.
Adem&s, son de tipo modular,
de tal f o r m a quepueden
de e n e r g i a de
d i s e 3 a r s e para s a t i s f a c e rn e c e s i d a d e s
.
c u a l q u i e rm a g n i t u d y aumentar l a c a p a c i d a d de
los sistemas demznera
pradual y f l e x i b l e .
(Castellagos, Alfonso).
73
CAPITULO
""-"
V
COLECTOSES SOLARES PLANOS
""""""-
N.
CONSIDERACIONES
DE DISEEO
""""""".-
V.1.A
" "0"-
-
"-
Y CONSTBUCCION Di3 LOS
"
"
"
"
"
" "
COLECTORZS PLANOS
"
"
"
"
" "
"
"
E l c o l e c t o rp l a n o
est¿%diseqado para s u m i n i s t r a r tempe-
raturas m&ximas de o p e r a c i 6 ne nc o n d i c i o n e s
- d e n de 6G°C
a lf9°C.
02
de f l u j o d e l
Capta l a r a d i a c i 6 nd i r e c t a ,
l a difusa
-
y l a r e f l e j a d a , no t i e n e que e s t a ro r i e n t a d ad i r e c t a m e n t e
hacia e l s o l
todas horas y r e q u i e r em a n t e n i m i e n t o minim0 a
l o l a r g o de su vida B t i l .
Correctamentediseñado
y construia
do$ e lc o l e c t o rp l a n o
Costode
dede
puede durar d e 20 a 2 5 aAos
l a e n e r g i as u m i n i s t r a d a
0
mils.
El
por un c o l e c t o r plano d e p e r
su r e n d i m i e n t ot b r r n i c o ,s uc o s t oi n s t a l a d o
y
-
su vida
d t i l efectiva.
A l dise.Far,
p o r l og e n e r a l ,
s e e s t a b l e c e n y s e contra-
Ian c u a t r o p a . r t e s p r i n c i p a l e s d e l c o l e c t o r :
- Placa Absorbente
2. - C u b i e r t a s T r a n s p a r e n t e s
3, - Ai s l a m i e n t o.
1.
L a figura V,a m u e s t r a u n c o r t e t r a n s v e r s a l
de un c o l e c -
t o r s o l a r plano.
Los c r i t e r i o s de d i s e 3 0 y c o n s t r u c c i 6 n de l o s c o l e c t o -
r e s s o l a r e s p l a n o s e s t a r a nb a s a d o se ne ll i b r o :E n e r g i a
l a r , S e l e c c i 6 n d e l E q u i p o I, n s t a l a c i 6 n
So-
y Aprovecharaiento
- '
p o r R i c h a r d H. Iffontgomeyy y d e l Curso de C o l e c t o r e sS o l a r e s
P l a n o s de l a
X Senana N a c i o n a l de Z n e r g i aS o l a rd e
c i a c i 6 nN a c i o n a l
d eE n e r g i aS o l a r .
."
l a Aso-
..
75
.
.
i
_
._""
-
..
74.
V. 1. B.
A B S O R B E D O a E S
"
"
,
"
"
"
"
Esta p a r t e d e l c o l e c t o r
e s 18. e n c a r g a d a de a b s o r b e r
la e n e r g f a solar i n c i d e g t e y t r a n s f e r i r l a e f i c i e n t e m e n t e
a un f l u i d o de t r a b a j o parr poderaprovechar
tado.
E l a b s o c b e d o re s t &c o n s t i t u i d op o r
e l c a l o r cap-
una placa de
--
a b s o r c i h , p o r un r e c u b r i m i e n t o sobre d i c h a placa para i n c r e m e n t a r sus p r o p i e d a d e s6 p t i c a s
g i a solar y
de a b s o r c i 6 n de l a ener-
un s i s t e m a de i n t e r c a m b i o para e v a c u a r e l c a l o r
d e lc o l e c t o r
solar.
PLACAS DE ABS0RCION.-
La placa de a b s o r c i 6 n
c u a l q u i e rm a t e r i a l
p l & s t i c o , decaucho
a b o s o r b e r la r a d i a c i 6 ns o l a r .
para que c i r c u l e e l
Debe
de
puede s e r de
-
o metal capaz de
t e n e rc o n d u c t o s
l i q u i d o que e x t r a e r 6 e l calor c a p t z
do.
Las placas de m e t a l son las m&s e f i c i e n t e s para cal e n t a r e l agua p o r ener.gia solar.
En l o s c o l e c t o r e s de
buena c a l i d a d s e emplea c o b r e , a l u ? n i n i o ,a c e r o
a c e r oi n o x i d a b l e
a l carbbn,
o una combinaci6n de e l l o sN
. in,yno
s u p e r a a los dem&s cuacdo se c o n s i d e r a n t o d o s factores
r e l a t i v o s a r e n d i m i e n t o , su v i d a fitil, econo.niE y p e s o .
La placa de a b s o r c i b n desernpega diversas f u n c i o n e s
-
d e n t r od e lc o l e c t o r .
- Capta r e m i t e l a r a d i a c i d n s o l a r .
- T r a n s m i t e al l i c r u i d o e l calor generadopor
y
l a radiacidn
solar.
DISER0 DE PLACAS.
-
$n l a f i - r a
V.b
guraciones m8s e a p l e a d a . s ,e n t r e
- Tubos en c i n t a .
- Tubo en panel.
- Tubo sobre c i n t a .
- Tubo
s o b r e pan.el.
s e rnuestra.n las c o n f i los que se egcueF-tran:
i
- P a n e lt i p oo b l e a
- A l e t ae n e l tubo
- Tuboscon
aletas
a ) Tubo e nc i n t a .
Aqui, s e e s t i r a
-
una, l a r g a c i n t a me-
t g l i c a que l l e v a un tubo i n t e g r a d o .
va t u b o y. c i n t a d o b l a d o s
Un c o l e c t o rl l e -
en s e r p e n t i n ,c o n
l o s bordes
o
de las a l e t a s a d y a c e n t e s a t o r n i l l a d o s m e c h i c a m e n t e
si.
s o l d a d oesn t r e
Esta t k n i c a no ecso m h .
Tie-
ne l a d e s v e n t a j a que los t u b o s e s t b muy s e p a r a d o s
de s u es b l o
hay un c o n d u c t oq u er e c o r r et o d o
S i l l e g a a a t a s c a r s ee ll i q u i d o ,
L ae f i c i e n c i a
e l panel.
d e j a r 5 de c i r c u l a r . -
d e l a s a l e t a st i e n d e
a s e r baja.
tubo en c i n t a s e
puede u s a rt a n b i e nc o ne l e v a d o r e s
r a l e l o ss o i d a d o s
a l o s m f i l t i p l e ss u p e r i o r
b) Tubo e np a n e l . p a t r 6 na c a n a l a d o
y
-
El
pa-
e inferior.
En e s t ac o n f i p u r a c i d ns ee s t a m p a
un
en una l&aina d e c o b r e o aluminio.Se
pasan sobre un 1 a . n i n a d o rc a l i e n t e
L a s1 6 n i n a sn os eu n e n
-
l a p r i m e r a y las d o s
colocaunasegundal&?inasobre
p a r a aue se adhieran.
donde se puso e l estampado.
El
dos p r e n s a s y se i n -
e a p a r e d a d or e c o c i d os ep o n ee n t r e
yecta a i r e a muy a l t a p r e s i b n para inflamar los cana-
les.
gran f l e x i -
E s t es i s t e m as ec a r a c t e r i z ap o ru n a
b i l i d a d de c i r c u l a c i 6 n V
. a r i a n d oe le s t a m p a d o
de o b t e n e rc u a l q u i e rc o n f i g u r a c i b n
se pue-
y tamaño d e l tubo
-
>ara m o d i f i c a r l a s u p e r f i c i e mojada y l a e f i c i e n c i a de
l a s aletas.
c ) Tubo s o b r ec i n t a . -
Con s o l d a d u r a de alto punto de
s i 6 n se uneuntubodemetal
Se soldan v a r i a . s c i n t a s
a u n ac i n t a
e
deabsorcibn.
a l o s múltiples s u p e r i o r e i n -
f e r i o r para f o r r n a r un c o n j u n t o de e l e v a d o r e s p a r a l e l o s ,
38
i
d ) Tubo s o b r ep a n e l . -
La t k c n i c a e s similar a l a d e l
t u b os o b r ec i n t a ,t i e n e
l a v e n t a j a q,ue puede ensam-
b l a r s ep r e v i a m e n t e
l o s m a l t i p l e s y l o s e l e v a d o r e s pa-
-
r a p r o b a r l o s .L a
p l a c a de a b s o r c i 6 n puede i r e x t e n d i
d a s o b r e l ' m t i l t i p l eF. r e c u e n t e m e n t e ,
l a placa r e c i -
b e l a f o r m a d e c a n a l e s donde e n t r a r á nl o se l e v a d o r e s
y los m ú l t i p l e s .E s t e
a l p a r e c e r ,e se ls e g u d o
méto-
do m&susado en placas deabsorci6.n.
e )P a n e l
tipo o b l e a . -
E s t e p a n e l c o n s i s t e en d o sp i e -
varios l~
z a s de metal, g e n e r a l m e n t ea c e r os o l d a d a se n
cares.
La c o n s t r u c c i b nd e l
muy grande (le mayor p a r t e e s ocu-
y e l & r e am o j a d ae s
pada por e lf l u i d o
panel r e s u l t a muy f u e r t e
Bs una fabricg
de t r a n s f e r e n c i a ) .
c i 6 n de a l t a c a l i d a d .
S u sd e s v e n t a j a ss o ne l 'p e s od e l
a c e r o , su t e n d e n c i a a o x i d a r s ec o n
i
f a c i l i d a d , a menee
que se p r o t e j a l a s u p e r f i c i e y e l tiempoaue
tarda e l
p a n e l e n c a l e n t a r s e e s grande.
-
f ) Aleta. e ne l
tubo.
I]iq.ui s e f i j a m e c h i c a m e n t eu n a
a l e t as e p a r a d a
a l o s tubos olevadores.
N o hay uni6n
metalica e n t r e l a aleta y e l tubo, demaneraque
se
-
--
pueden p r e s e n t a r d e f i c i e n c i a s en l a t r a n s f e r e n c i a de c s
l o r que s er e ' f l e j a r áe n
aJ.2
la e f i c i e n c i at 6 m i c a .L a
t a y e l tubo son p o r l o g e n e r a l de m e t a l e s d i f e r e n t e s ,
p o re j e m p l o ,
tubo de c o b r e y z l e t a de aluminio.
En es-
t e disefio hay l a p o s i b i l i d a d de que e x i s t a c o r r e s i 6 n
g a l v h i c a e nc o n d i c i o n e s
de humedad.
-
Desde e l punto de
v i s t a rnecbnico, e l diseño e s bueno p e s e a l a s d i f e r e n -
c i a s de d i l a t ~ c i b nque?,lenelugarcuandose
tales diferentes.
enplean m 2
7?
IiT""
.-cA!dAtu
. """""""""&
Of C!PtULltlt'l
..
FIG. V.b.
C o n f i g u r a c i b n de d i s t i n t z s
placas de absorcibn.
I
7
f
"
.
..
...
.
.
80-
g ) T u b o sc o na l e t a s .
-'
En e s t e d i s e f i o l o s e l e v a d o r e s s o n
de c o b r e , l o s que l u e g os ed i l a t a n
uni6n mechica firme.
no hay unpanel
para e s t a b l e c e ru n a
Es e s p e c i a le n
.
e l s e n t i d o de
que
l i s o de a b s o r c i b .L ar a d i a c i 6 ni n c i d e
en l a s a l e t a s , l a s queactúan
corno trampas r e f l e c t o r a s
Al p a r e c e re, s t ac o n f g
q u cea p t a n ' y
retienen
energia.
g u r a c i hs u f r eu n a
p e r d i d a de e f i c i e n c i a de 2 a 4 por
c i e n t od n i c a m e n t e ,c u a n d o
-
e l r e c u b r i m i e n t os u p e r f i c i a l
s eo m i t e E
. s t oi n d i c au nr e n d i m i e n t ot e r m i c oe x c e l e n -
t e durante l a vida
til d e l d i s p o s i t i v o ,
aunque l l e g u e
a p r o d u c i r s e un d e t e r i o r od e rl e c u b r i m i e n t o .
t e a n t e c e d e n t e s deque
No e x i s -
haya problemas de c o r r o s i 6 n en-
t r e l a s a l e t a s y los e l e v a d o r e s .
CAPAS DE ABSORCI0N.- L a s u p e r f i c i e
secubredeuna
de l a placa de a b s o r c i 6 n
capa para m e j o r a r su capacidad de cap,
t a c i 4 n y r e t e n c i b nd e
l a energia.
Se emplean
generalI
mente dos t i p o s de r e c u b r i m i e n t o s :s u p e r f i c i e ss e l e c t i -
vas y s u p e r f i c i e s n os e l e c t i v a s .
Las s u p e r f i c i e s e - -
lectivasson
l a s m8s recomendablesdebido
yor p a r t ed e
l a l u z solar a u ei n c i d es o b r ee l l a se s
absorbida y e m i t e np o c ar a d i a c i b nt e r m i c a .
f i c i e s n os e l e c t i v a sa b s o s b e n
a que l a ma--
-
Las super-
l a mayor p a r t e de l a luz
s o l a r , p e r o emiten una gran c a n t i d a d de r a d i a c i 6 n
term&
ca.
Las s u p e r f i c i e s s e l e c t i v a s
se d e f i n e nn o m a l m e n t ee n
t 4 r m i n o s de e n e r g i a por l o n g i t u dd e
c i ea b s o r b e r &u n ae r a nc a n t i d a d
onda.
L as u p e r f i -
de e n e r g i a solar de on-
d a c o r t a y e m i t i r 5 muy p o c a e n e r p i a . c a l 6 r i c a ( i n f r a r r o -
ja) de onda larpa.
S i s ea p l i c a nr e c u b r i m i e n t - o sc o ne l e v a d aa b s o r t a n c i a
_.
,
.
.
,
-
I
para l a e n e r g l a solar y elevada t r a n s m i t a n c i ad e
radia-
-
a l a placa de a b s o r c i 6 ~cuyaemisión
c i 6 ni n f r a r r o j a
s e a baja, e l r e s u l t a d o s e r á
una c a p t a c i ó ne f i c i e n t ec o n
largas se
L a b a j a e m i s i 6 n de
ondas
p o c ar e - r a d i a c i 6 n .
obtienenormalmente
renunciando a al,gUna a b s o r c i h
c
e n e r g i as o l a rS. eb u s c a
de
un e q u i l i b r i oe f i c i e n t ee n t r e
l a s d o s propiedades,tambi6nsedebenconsiderarcuidadosamegte e l c o s t o y l a v i d a ú t i l de l o s r e c u b r i m i e n t o s .
La f i g u r a V.c m u e s t r a un t i p o d e s u p e r f i c i es e l e c t i va muy usada y que s ud u r a c i 6 n
es
e x c e l e n t ee n
los sis-
temas de e n e r g i as o l a r .
La placa de a b s o r c i 6 n s e
n i q u e lp, oer j e m p l o .
baña p r i h e r oc o nu nm e t a l ,
y d i s a i n u y e l a emi s i v i d a d .
m e d i a n t eg a l v a n o p l a s t i a
una capa d ea b s o r c i b n
de ondade
l a corrosi6n
Esta protege
contra
E ln i q u e ls er e c u b r el u e g o
con croi-ao negro.
Esta produce
de a l t o i n d i c e para l a s l o n g i t u d e s
l a r a d i a c i ó n solar, p e r o t r a n s p a r e n t e a l in-
frarrojoE
. s t er e c u b r i m i e n t oc o n
un e s p e s o rc o r r e c t o ,
dar& de 95 a 96 p o r cieiztode
ra de descomposicibnexcede
humedad n o le a f e c t z .
absorci6n.
Los
Su temperatg
427OC y p a r e c e que
la
-
La e a i s i b n d e l r e c u b r i m i e n t o
e s t a r & e n t r e 9 y 1 2 p o r c i e n t o de emisi6n.
En cambio l a . s u p e r f i c i e
no selectiva como la p i n t 2
ra n e g r at e n d r &u q aa b s o r c i ó nd e lo r d e n
t o ; p e r o su e m i s i v i d a ds e r a
L ac u r v a
tzabibn b e l 97 porciento.,
de rendimientot6rrnico
tomado encuenta
e f i c i e n c i at B r m i c a
de 97 p o r c i e n en l a que ya se ha
l a capa de r e c u b r i m i e n t o ,i n d i c e r A
fenera1 d e l c o l e c t o r .
la
Adem&s d e l
-
-rend.imient.o, l a d u r a c i 6 n y el c o s t o d e lr e c u b r i a i e n t o
son f a c t o r e s i m p o r t a n t e s
c i es e l e c t i v a
en la s e l e c c i 6 n d e l a s u p e r f i -
o no selectiva.
...
-1
Cromo negro
galvanieado
11
lieflector
de c a l o r
<
w
//
\\
Conducto
del
fluido
FIG. V . C .
TiPo
muy util-izada.
de absorci 6x1
aluminio
I
cobre
acero
I
de s u p e r f i c i e s e l e c t i v a
O
83
._
CRITERIO3 DE SELi3CCION.-
Antes de e l e g i r e l s i s t e m a
de absog
c i ó n para e l c o l e c t o r de e n e r g i as o l a rc o n v i e n ec o n o c e r
sus d i f e r e n c i a s a s 2
como l a s v e n t a j a s r e l a t i v a s a cada
LE?vida ú t i l que s ee s p e r a ,
uno.
l a e f i c i e n c i a termi-
ca a l o l a r g o de l a vid a.6ti.l y e l c o s t o i n i c i a l .
To-
d o s e s t o s factores son i m p o r t a n t e s para e l e g i r e n t r e l o s
d i s t i n t o sf a b r i c a n t e se x i s t e n t e s .
V.1.C.
C U B I E R T A S
“
“
“
“
“
“
“
“
O
Elobjeto
T R A N S P A i i E N T i i S
”
“
”
“
“
”
”
“
“
”
“
”
-
de l a placa t r a n s p a r e n t e e s r e d u c i r a l m&xirno
l a s p e r d i d a sd ec a l o r
por l a p a r t e d e l c o l e c t o r e x p u e s t a
la r a d i a c i 6 n solar.
L a sc a r a c t e r i s t i c a s
-
a
que
debe
reunir
una, buena placa t r a n s p a r e n t e son l a s s i g u i e n t e s :
- E l e v a d at r a n s m i t a n c i a
-
a o n d a sc o r t z s
(baja r e f r a c t a n -
cia).
Baja t r a n s m i t a n c i a de onda larga ( e l e v a d a refractan-
cia).
- Baja
a b s o r t a n c i a a c u a l u u i e rl o n g i t u d
- E x c e l e n t er e s i s t e n c i a
E l sol e m i t e r a d i a c i 6 n d e
onda de 0.2
a O. 3 micras.
placa de a b s o r c i b ne n
deonda
de onda.
a l c l i m a y larga duraci6n.
onda corta, con l o n e t u d e s de
L a e n e r g í a tbrmica que e m i t e l a
el i n t e r i o r d e l c o l e c t o r e s r a d i a c i 6 n
larga, c o nl o n g i t u d e s
En l a tabla V. A.
de ondamayores
de 3. O micras,
s e comparar1 d i v e r s o s n a t e r i a l e s
para
l a c u b i e r t ad e lc o l e c t o r ,
Para hacer l a e l e c c i 6 n f i n a l hay que t e n e re nc u e n t a
las p r o p i e d a d e s f i s i c a s y m e c h i c a s , l o mismo que e l c o s t o .
L a r e s i s t e n c i a a l a t e n s i b n , a l a roture, a la f l e x i S n y a l
impactodebeseradecuada.
-
E l v i d r i ot e a p l a d oc o g
b a j o c o n t e n i d od eh i e r r o
combi-
I
i
na b i e n l a economfa con el rendimiento.
l a can-
Una b u e nc au b i e r t raa n s p a r e ndt ee bt rea n s m i t i r
gar a l a p l a c ad ea b s o r c i 6 n ;p e r o
-
no pueda l l e
-
a l mismo tiempo r e f l e j a r
l a c a n t i d a d mitxima de e n e r g i a c a l b r i c a que $ u d i e r a e m i t i r la
E s t o s el o S r ad e b i d o
placa de absorcitjn.
termica t i e n e u n a l o n g i t u d d e
a que l a e n e r g l a
onda mayor a l a r a d i a c ' i 6 n s o l a r ,
A l mismo tiempo no debe r e f l e j a r o a b s o r b e r una gran ca2
t i d a d d e e n e r g í as o l a r .
Para f i n e s d e c a p t a c i t j n , l a enero-
g i a r e f l e j a d a por l a cara e x t e r i o r d e l v i d r i o s e
h a b r & perd&
do, y lo mismo. s e puede d e c i r de l a e n e r g i a a b s o r b i d a
placa, l o queayudara
por l a
un t a n t o a c o n s e r v a r l a t e m p e r a t u r a
--
d e n t r od e lc o l e c t o r .
V. 1. D.
""""""""""-
A I S L A X I E N T O
-
e s t a r ais
Para una m%xima e f i c i e n c i a d e l c o l e c t o r , d e b e
ladot6micamente
por l a parte p o s t e r i o r y por l o s lados.
Las p e r d i d a s , por l a p a r t e p o s t e r i o r e s t & n e n
funcitjn
de l a c o n d u c t i v i d a d termica y e l e s a e s o rd e la i s l a m i e n t o .
temperaturaambientalesnormalrnente
p o s t e r i o r que en l a d e l f r e n t e
r e s p a l d o no r e c i b e r a d i a c i 6 n
d e l c o l e c t o r ,p u e s t o
que
solar.
En un c o l e c t o r b i e n d i s e f l a d o e l a i s l a m i e n t o
dos y en l a p a r t e p o s t e r i o r t i e n e u n a r e s i s t e n c i a
d u c t i v i d a d termica denoninada R.
La
-el -
m&s baja en l a p a r t e
de los l a -
a l a con-
,
i
t i d a d mhxima de e n e r g i a solas, s i n i m p o r t a r d a 1 s e a e l Bn-
a 1 0 de i n c i d e n p i a y no d e s v i a r l a de manera que
!
t o deunbuen
debe fiwrar l o s i , w i e n t e :
c o l e c t o rp l a n o
a ) No d e b eh a b e rd e t e r i o r o ,q a s i f i c a c i ó nn i . v a , p o r i a a - O
c i 6 n a t e m p e r a t u r a s que óscilan e n t r e l o s 2 0 0 C.
b ) No d e b eh a b e rd e t e r i o r o
-
d e l a i s l a m i e n t oe nC i c l o s
t e r a i c o s que o s c i l e n e n t r e
O
O
-30 C y 1 2 0 C.
c ) Conductividad termica b a j a ( i n f e r i o r a 5 kcal./hr.2 0
m
c).
d ) Fabricadademanera
t e , n is ea d h i e r a
que no se desplbme, no se cornpa2
a un &ngulo de 90
O
-
al repetirse
los c i c l o s termicos n i t a q o c o con l a humedad.
e ) Debe s e rh i d r o f & b i c o ,
no absorba n i rg
demaneraque
t e n g a a,qa.
Hay c u a t r o t i p o s b & s i c o s
- Fibra mineral
- Fibra
de m a t e r i a l e s a i s l a n t e s usados:
cerhica
L a fibra n a t u r a l o c e r h i c a , n o m a l m e n t e n o
Se emplea
-
por su a l t o c o s t o .
La espunza de p o l i u r e t a n o y e l p o l i e s t i r e n o e x p a n d i d o
t i e n e nb u e n ae s t a b i l i d a d
no
a d i f e r e n t e st e m p e r a t u r a s ,t i e n d e n
a p r o d u c i r g a , s i f i c a c i 6 n y sus c a r a c t e r i s t i c a s de i n f l a m a b i l i d a d son muy i n s a t i s f a c t o r i a s ,
a c o l e c t o r e sc o m p l e t a m e n t ec e r r a d o s
limitar
Su empleo
se
debe
en su propiocontenedor,
s e p a r a d o s de l a . c u b i e r t a y de l a placa de a b s o r c i 6 n .
espuma de v i d r i o t i e n e b u e n a s c a r a c t e r i s t i c a s
La
-
y por l o gene-
r a l s ec o n s i d e r ab u e na i s l a n t e .
En g e n e r a l l a fibra d e v i d r i o , q u e
s e usa
en l a s cons--
WIG;
-
..
t r u c c i o n e s , no e s satisfactoria, t i e n ec r a n d e sc a n t i d a d e s
s u p e r i o r de temperatura
a p l u t i n a n t e sf e n 6 l i c o s ,c u y ol i m i t e
e si n f e r i o r
a l a s temperaturas de estancamiento
den e n c o n t r a re n
de
+
que s e pug
l o s colectores.
Las-p l a n c h a s de f i b r a de v i d r i o para a l t a s temperaturas
q u es ef a b r i c a nc o n
p o c o o ningtínaglutinante y c o n s t i t u y e n
Se p r o d u c ee nd i s t i n t a sd e 2
un a i s l a n t e muy satisfactorio.
s i d a d e s , de maneraque
s ed e b ev e r i f i c a re l
factor de r e s i s tencia termica ( R ) en e l e s p e s o r que s e va usar.
CAJA DEL COLECTOR
L a c a j a deun
c o l e c t o rb i e nd i s e r l a d o
desempefia t r e s fug
ciones:
- C o n s t i t u y e un r e c i p i e n t e h e r m e t i c 0
para l a placa de
absorci6n y elaislamiento.
- Permite
f i j a r con firmeza
-
e l m6dulo c o l e c t o r de l a e s
tructura.
- Es un
mecanismo de apoyo, h e r m e t i c 0 y seguro, para l a
cubierta.
Al igual que l a s placas de A b s o r c i 6 n , l a c a j a d e l c o l e c t o r son de v a r i o st i p o s S. e
puede c o n s t u i r de m e t a l , de mg
dera, de p l & $ t i c o , de c o n c r e t o y de o t r o s m a t e r i a l e s .
Los
t i p o s m8s comunes se f a b r i c a n en:
- Aluminio
- LELmina Galvani zada
- F i b r a de v i d r i o l a a i n a d a
- T e r m o p l & s t i c o sp a r a
+ .TEMPERATURA DX
a l t a temperatura
ESTANCA?JIENTO.-
do, que t r a n s p o r t ae l
Temperatura a l a que e l flu&
c a l o r , a d q u i r i r i a st d e j a r a de fluir.
.-
m.-.
- Madera
- Concretoen
:forma de p a n e l , de p e s o l i g e r o .
Los s e i s m a t e r i a l e s r e s u l t a n s a t i s f a c t o r i o s
.
s i se usan
adecuadamente.
Los puntos’de l a caja d e l c o l e c t o r
quenormalmentecau-
-
san problemas son l o s a j u s t e s y ensambles de las p i e z a s .
Es n e c e s a r i o a s e e r a r s o b r e
lateral.
t o d o e l r e s p a l d o y la c u b i e r t a
trath-
Hay que t e n eer n
c u e n t ap, a r t i c u l a r m e n t e
dose de m e t a l e s , que d u r a n t e e l c i c l o t 6 r m i c os ep r o d u c e n
d i l a t a c i o n e s y contracciones.
-
Hay q u et o n a re s t oe nc u e n t a
a l d i s e f i a r y ensamblar.
JUNTAS Y SELLADORES
L a sj u n t a s
y s e l l a d o r e s e s l a p a r t e d e l c o l e c t o r que
sa m&s problemas; e s l a u n i 6 n e n t r e
P o r lo general, l a caja
rente a l a cubierta.
l a c u b i e r t a y la caja.
t i e n e un i n d i c e de d i l a t a c i h d i f e S i fallan l o s s e l l a d o r e s , l a huqedad
p e n e t r a r a a l c o l e c t o r ,e lv i d r i os e
despegara.,
caE
Estop
s roblemas
empeBar8 y e l a i s l a n t e s e
pueden r e d u c i rn o t a b l e m e n t e l
r e n d i m i e n t ot b r m i c od e lc o l e c t o r .
Hay muchasmaneras
d e s e l l a r s a t i s f a c t o r i a m e n t e la cu-
b i e r t a , aunque n i n a n metodo s a t i s f a c et o d o s
en t o d o s l o s c a s o s S. i n
l o s requisitos
embargo, s ed e b e nr e c o r d a rc i e r t o s
p r i n c i p i o s . a l d i s e f i a r o a l examinar las j u n t a s y los sellado-
r e s d e lc o l e c t o r ,
los c u a l e sd e b e nt e n e r
l a s caracteristicas
siguientes:
- R e s i s t i r l a l u z u l t r a v i o l e t a , d u r a n t e muchosaños.
- R e s i s t i r los e f e c t o s de la internperie dura.nte muchos
dos.
- No e n d u r e c e r s en iv o l v e r s e
- Adherirse perfectamente a
c
quebradizos.
todas l a s s u p e r f i c i e s .
”
8%
I
- S o p o r t a rc i c l o s
- Alargarse
de t e n p e r a t u r a e n t r e
-30 y 200 OC.
y c o n t r a e r s ee nf o r m aS u f i c i e n t e
para so-
-
p o r t a r las d i l a t a c i o n e s y c o n t r a c c i o n e s s i n ser d e s
truidos.
L af i g u r a
yod. muestra un metodo para s e l l a r c u b i e r t a s
s e n c i l l a s o dobles.Seempleanjuntasen
"U" para a b s o r b e r
las d i l a t a c i o n e s y l a s c o n t r a c c i o n e s y se aplica un s e l l a d o r
l a humedad.
p r i m a r i o de i n t e m p e r i e para impedirauepenetre
En l a figura V.e s eu s au n as o l aj u n t ae n
forma de
'' E?,
para
d o b l ec u b i e r t a .
Otrometodo
cornfin c o n s i s t e e n c o n s t r u i r u n i d a d e s
b l e c u b i e r t as e g u i d a ;
montanenunajuntoen
los v i d r i o ss es e l l a nj u n t o s
de doy l u e g o se
recp
'*U"; t a m b i e nc o ne s t es i s t e m as e
mienda aplicar un s e l l a d o r p r i m a r i o para la intemperie.
Hay .muchos o t r o sd i s e i l l o sp r a c t i c a s
siempre hay
--
y p o s i b l e s ;p e r o
que a s e g u r a r s e de que los s e l l a d o r e s satisfagan
los r e q u i s i t o s a n t e r i o r e s .
L ae l e c c i 6 n
d e j u n t a s y s e l l a d o r e se sp r i m o r d i a l .
Muchos
las
e l a s t 6 m e t r o s no s o p o r t a r a n los e f e c t o s de l a i n t e m p e r i en i
temperaturas p r o p i a s de l a a p l i c a c i 6 n de que s et r a t e .
c a s o de las j u n t a s , s e
h a encontradoque
de s i l i c 6 ns o na d e c u a d o s .
t a d a a temperaturade
En e l
E l EPDM t i e n e una r e s i s t e n c i a
150'
6 160°C; m i e n t r a sq u e
t i e n e un l i r n i t e mucho m8s a l t o .L ai n d u s t r i a
limk
-
el silic6n
ha aceptado ca-
l o s se-
s i exclusivamente l o s s i l i c o n e s .
Cuando se
emplean
l l a d o r e s de s i l i c b n , hay quetomar
varias p r e c a u o i o n e s : se
-
debe e v i t a r l a a d h e r e n c i a por tres l a d o s ; e s mejor que l a
r e l a c i 6 ne x i s t e n t ee n t r e
-
los cauchos EPDM y
-
l a anchura y profundidad d e l reborde
s e a de 2 a 1, y no d e b eu s a r s e
w.1
r e b o r d e s e l l a d o r de a e n o s
.-
-
Sellador p r i m r io
FIG. V. d. hX:.odo
tradicional
para sellar c u b i e r t z ss e n c i l l a s o dobles.
Cubierta de v i d r i o
a o r t i g u m i c n t o d e una cu-
bierta doble con una sola
juntz. ell_ 2"
I*
.
.
"
-~
1
de 3 n i de m8s de 13 m i l l m e t r o s L
. a sb a s e s
son n e c e s a r i a s
para a s e g u r a r la a d h e r e n c i a maxima e n t r e e l s e l l a d o r
de si-
l i c h y ciertassuperficies.
L o s s e l l a d o r e s de s i l i c ó n son muy c o n o c i d o s como mate-
-
r i a l e s de a l t a c a l i d a d y sehanestadousandoampliamente
p o r m8s de 2 0 años.
Su r e s i s t e n c i a a los e f e c t o s de l a i n -
t e m p e r i e e s e x c e p c i o n a l , como s ei n d i c ae n
Esto, unido a l hecho deque
la.tabla V.B.
.-
r e s i s t e nt e m p e r a t u r a ss u p e r i o r e s
a los 23:OoC, hace que l a s j u n t a s y s e l l a d o r e s de caucho s i l i
c 6 ns e a n
l a e l e c c i b n 16gica para d i s e ñ a r c o l e c t o r e s c o n f i a -
b l e s y de l a r g a duraci4n.
T I E ~ ~ ~ DE
O SE X ~ O S I C I O N A LA INTEMPBXIS
Propiedades
Mechicas
Dureza,
p u n t o s de cambio.
dos
1 AEO
2 ASOS
3 AROS
+3 a -5
+2 a -6
+8 a -9
+7
+8 a -25
+4 a -22
+22 a -27
-31
-28
+14 a -34
-55
20
aesistencia a l a
t e n 6s in
decambio.
Alargamiento
5
de cambio.
TABLA
\
0 a -30
+4
a
V.B. PiIOPISDADSS DEL SILICON
1
1
1
1
1
1
i
I
1
2
I
._
V.2
BALANCE ENERGETIC0 DE
"-""
""""-0
"
UN COLECTOR SOLAR PLANO
" "
"
"
"
""-
""e
TIPO TUBO ALETADO
"
" "
"
V . 2 . A . CONSIDBHACIONES
"
I
"
"
Qui3 Sli
"""""""-
""-
5
"_
PAHA CALCULA3 EL BALANCE
ENEBGETICO EN LOS COLECTORES SOLARES PLANOS
0
"
"
"
"
"
" " e
"
"
HUIAN
"
" "
"
"
"
"
"
"
"
"
"
"
"
" m
"
L am a y o r i ad el o sc o l e c t o r e ss o l a r e sp l a n o sc o n s t r u i d o s
s o nd e lt i p o
*:TÚbo A l e t a d o " , e sp o re s t ar a z 6 n
en e s t e t i p o
t e r m i c os er e a l i z a r 6
P o rc u e s t i o n e s
c 6 l c u l o ss e
que e l b a l a n c e
de c o l e c t o r .
practicas y con e l f i n d e simplificar los
h a r h las s i g u i e n t e s c o n s i d e r a c i o n e s :
a ) E lc o l e c t o rf u n c i o n ae ne s t a d oe s t a c i o n a r i o .
b ) Las. p e r d i d a s termicas en e l t e m ot a n q u es o nd e s p r e c i a b l e s
se considerar& como un cuerpo nepro emi-
c ) L a b 6 v e d ac e l e s t e
t i e n d or a d i a c i b n
d e onda l a r e a a l a t e m p e r a t u r zd e lc i - e l o .
d ) E l f l u j o de calor a t r a v e s d e l a i s l a n i e n t o e s u n i d i m e n s i o nal.
f l u j o de c a l o r en l o a t u b o s a l e t a d o s d e l c o l e c t o r e s
e) El
-
uniforme.
f ) E l f l u j o de c a l o r a traves de l a c u b i e r t a e s ur?idimensio-
nal
g)
.
Las p e r d i d a s t4rrnicas d e b i d a s a l t r a n s p o r t e e n t r e
l o s co-
l e c t o r e s y a l tanque son d e s p r e c i a b l e s .
h ) L o s p r a d i e n t e st e r m i c o se n
l o s t u b o sa l e t a d o s
l a d i r e c c i ó n d e l flujo y e n t r e
son i n d e p e n d i e n t e s .
i) L a s p r o p i e d a d e s f i s i c a s de los m a t e r i a l e s e a p l e a d o s para
l a c o n s t r u c c i b n d e l e q u i p os ec o n s i d e r a r a ni n d e p e n d i e n t e s
de l a t e m p e r a t u r a y de l a l o n g i t u d deonda.
j ) E l a r e a de
los t u b o s c a b e z a l e s d e l c o l e c t o r
e s desprecia-
b l e r e s p e c t o a l Area t o t a l d e l c o l e c t o r .
V. 2. B.
""_
"- """-
PLANTi3EAMI EXTO DZL BALANCE
L a i m p o r t a n c i ad e lb a l a n c et b r r n i c o
s e debe a que la
-
92
e f i c i e n c i a d e l c J l e c t o ' i -e s t &
en f u n c i b n de d i c h o b a l a n c e .
31 b a l a n c e t b r m i c o que s ee f e c t u a r s .e ne s t as e c c i 6 ns e
J.
baszr-8 e:.) l a . s i - T i e n t el i t e r a t u r a :D u f f i e ,
g i n e e r i n g o f ThermalProceses";Xanrique
A.
l a r , Fundamentos y Apl-icaciones3'otot6rnic¿3sv1
r i c o " F a c t i b i l i d a d T e c n i cUa t i l i z a c i 6 n
lar pare e l C a l é n t a m i e n t o 6e
&us.
k . , "Solar
En- -.
JosB ''Ener2;ia
So-
y B u e l i n k , Tede-
de l a b e r g f a So-
de Us:, Dom6stico, para 12
3epdbliczMexicana1'.
Para
url
c o l e c t o r cte & r e a A,
p r e s e n t a por:
e l b a l a n c ee n e r g e t i c 0
s*Ab(z-)= Q u + Q - i ,
se r e -
(V.1 )
en donde:
S
A
('&)
promedio de l a r a d i a c h g l o b a l en e l plano d e l co2
l e c t o re x p r e s a d a en (?[/m )
2
e se &
l rea
t o t a l d ecl o l e c t o r
(m j
e se l
; e s e l producto de la t r a n s n i t a n c i a de l a c u b i e r t a y l a
a b s o r t a n c i a de l a p l z c @ absorbedora.
Q*
QP
es el cclor
dtil.
e s e l c a l o r perdido.
L a e f i c i e n c i a mensusl d e l funciona.niento d.e
u1
colector
p l a n o s e d e f i n e por:
de a q u i q u e la. e f i c i e l z c i a znuel e s :
(v.
3)
93
donde:
rnes d e l ago.
r e p r e s e n teal
i
Ahora b i e n , e l c a l o r ú t i l s e e x p r e s a
por:
(V.4)
TIN
TAMB
R e p r e s e n t a l a temperatura de e n t r a d ad e l
tor
(OC).
S e p r e s e n t a e l promediode
Seproceder&
aparecenen
v. 2. c.
l a e x p r e s i 6 n de calor útil
""""""-
"_
Q,.
(O'C).
que
-
DETERMINACION DE LA LTERGIA DIARIA
" "
"
"
"
EN EL PLANO
DEL
COLBCTOR.
"
"
"
"
" "
zado por su BnFfulode
"e
" 0
"
"
"
"
"
"
un p l a n o i n c l i n a d o , caracgeri-
La e n e r d ad i s p o n i b l ee n
S
l a temperaturaambiente
a c a l c u l a r cada uno de l o s f a c t o r e s
DISPONIBLE
(
agua a l c o l e c -
inclinzcibnrespecto
) y p o r su án,e;ulo a c i m u t a lr e s p e c t o
a l a horizontal
a l sur (
) s ed e f i
-
-
ne p o r :
S =
R;. H
donde :
H
R;
r e p r e s e n t a l a r a d i a c i b ni n c i d e n t ee n
u np l a n oh o r i z o n t a l .
r e p r e s e n t ae l
factor que t r a n s f o g
promedio d e lv a l o rd e l
ma l a e n e r g i a i n c i d e n t e e n e l
e n e r g i ai n c i d e n t e
en el p l a n o d e l colector.
E l factor it e s t &c o m y a e s t o
R; = Rdir
p l a n o h o r i z o n t a le n
+
Rdif
por:
+ ar e f
la
-
*dir'
'dif
y 'ref
.- l i e p r e s e n t a n los v a l o r e s de
las contri-
buciones de l a r a d i a c i ó n d i r e c t a ,
difg
sa y r e f l e j a d a r e s p e c t i v a a e n t e .
Las e x p r e s i o n e s a n a l i t i c a s
- Hd/H
Rdir = ( 1
) Rb
( H ~ / H ) ( 1 + cos
2
Rdif
Rref
de ests.os f a c t o r e s son:
=
A2
-"--"--
S
1
( 1 - C O S S )
donde :
Hd
S
-
r e p r e s e n t a . la F r a c c i b n difusa de l a r a d i a c i 6 ns o l a r
g l o b a l en un plano h o r i z o n t a l .
r e p r e s e n t . ae&
l n&lo
de i n c l i n a c i 6 nd e cl o l e c t o r e s -
pecto a l a horizontal.
f"
r e p r e s e n t a e l c o e f i c i e n t e de r e f l b x i 6 n o r e f r a c t a n c i a
d e l medioquerodea
Rb
a loscolectores.
r e p r e s e n t a l a r a z ó ne n t r e
-
l a r a d i a c i b ne ne lp l a n o
h o r i z o n t a l y l a r a d i a c i b ne ne lp l a n oi n c l i n a d o
de l a
componente de l a r a d i a c i b - iTlobel.
L a f r a c c i 6 n de l a r a d i a c i b n global que e s d i f u s a ( H d )
depende de l a r a z 6 ne n t r e
l a r a d i a c i b n g l o b a l en e l p l a n o
horizontal y l a radiaci6nextraterrestre
Asi:
E =
""--H
e se lv a l o r
de l a razbrr del
promedio
g l o b a l en e l p l a n oh o r i z o n t . a l
t e r r e s t r ee n
. .. . .
...
e l a i s n op l a n o
.
en e l misno plano.
(v. l o )
H ext
E
-
(H),
(Hext).
de l a r a d i a c i 6 n
-
y l a radiaci6n extrs
.
de donde:
Hd
=’ H
(
1. 39
- 4.03
+
5. 53k2
- 3.11k. 3 )
(v. 11$
E l factor Elb de l a e c u a c i ó n 6.7 ) depende de l a l a t i t u d
d e l lugar $,
d e lB n g u l od ei n c l i n a c i b nd e lc o l e c t o r
d e l Bngulo de d g c l i n a c i h d e l
d e l a t a r d e c e re n
r i od e la t a r d e c e r
(S),
s o l ( 6 ), d e l& n g u l oh o r a r i o
un p l a n o h o r i z o n t a l
-
(Ws) y d e l fingulo h o r g
(W S ’ )
en e l p l a n o i n c l i n a d o
Anal1 ti camen t e :
DIA
r e p r e s e n t a e l n-iunero de d i a que t r a n s c u r r ed e l
d e c i r : l o , de E n e r oe s
es e l d i a
afio; e s
e l d i a = 1 y el 31 de d i c i e m b r e
365.
Como e l v a l o r de l a d e c l i n a c i 6 n s o l a r
y l o s c 8 l c u l o se s t a nh e c h o s
varia d i a con d i a
a p a r t i r de un v a l o r prornedio
para l a s o t r a s v a r i a b l e . s , e s n e c e s a r i o
-
f i j a r un valor prome-
d i o a l a d e c l i n a c i & ns o l a . r ,c a l c u l a n d o6 s t a
c o n un valor de
d i a c a r a c t e r i s t i c o de cada mes.
Los v a l o r e s máximo r e l a t i v o s de l a d e c l i n a c i h
d = -+
---
2 3 . 4 5 son p a r a l o s d i a s 21 de j u n i o y 21 de d i c i e m b r e
aue son los s o l s t , i c i o s de verano e i n v i e r n o y e l valor minin o cf= O para los d i a s 2 1 de m m z o y 2 1 de s e p t i e a b r e que
son l o s e q u i n o n o c c i o de primaver?: y otoiio.
-
I
r
PC.
R
S
-
.-
A.-
Factor decurva.
P z r b e t r o ,de c o n t r o l : Bs, Io, A.
.
9 e s i s t e n c i a en s e r i e ( fi).
P a r s m e t r o de control: máxix9 punto de p o t e n c i a F a c t o r de c u r vaad i c i o n a l ,
P a r á a e t r o de c o n t r o l : Unifornidad de l a d i f u s i h ,
c e s o s d er e c o c i d o ,p r e c i p i t a c i b n
Te.-
pro-
de' elementosrnetblicos.
E f i c i e n c i ae l e c t - r i c a .
P a r k n e t r o de cont.ro1: P 6 r d i d a s _nor d r e . ? a j e d e corriente
de l a uni69 p-n.
'7.-
E f i c i e n c i a slobal,
P o r medio d e pruebns r e a l e s con i l m i n r c i ó n va.riab1.e 9112
de c a l c u l a r s ee l
v a l o r de la c o r r i e n t e
factor de c u r v a a d i c i o n a l
(A),
132
s a t u r a c i b n ( I O ),
l a resistellciaea
el
serie ( R S ) , y
a s €
d e t e r m i n a r l a s c a r a c t e r i s t i c a s de L a w i ó n p-n 1)or rnedio
de las e c u z c i o n e s anteriores.
1
V. 2 . D.
""_
"C_A l l C U L O
DliL P:?ODUCTO
"-
ABSOrtTfiNCIA
""_
-
Tiil\:iS:61T/LNCIA
( TK)
.
E l a b s o r b e d o r del c o l e c t o r s o l a r t i e n e d o s p a r b e t r o s
6 p t i c o sc a r a c t e r i s t i c o s
o
(
y la e m i t a n c i a
e
, r e p r e s e n t ae lp o r c e n t a j e
-
de l a radiacibn t o t a l
--
a b s o r b i d a p o r l a placa. d e cl o l e c t . o r , y
que e s
-
d e l t i p o de r e c u b r i n i e n t o al que
haya s i d o s o m e t i d o , que son l a a b s o r t s n c i a
en e l i n f r a r r o j o
1
96.
"
"
"
"
r e p r e s e n t a el p o r c e n t a j e de 1 - e n e r g i aa b s o r b i d a
e sr e e n i t i d ah a c i ae le x t , e r i c l r
que
6 e l a pl2ca e n l o D g i -
t u d de o:-Ida lar,ya.
A su v e z , l a c u b i e r t . at r a - l s p a r e n : e
p l a c a zbsorbedoratieiqe
t i c o s que so?
12
que prote:re
a la
d o s c o e f i c i e n t e s b g t i c o sc a r a c t e r i s
-
7,
r e f l e c t z n c i a 'j y 1s. t . ~ - t . ! z . n i t m c i a
t o r e s que indican l o s 2 o r c e n t a j e s de l e r e d i z c i ó n t o t c f l i n c i d e n t e que s o n r e f l e j a d o s y t r e n s n i t i 6 o s p o r 1~ c u h i e r t a
-
respectivz?ent#e.
Tanto
o
(
.
, f'
y
y
d e p e n d e nd i r e c t a n e n t ed e l
8 . d e l a r a d i e c i 6 nd i r e c t 2s o b r e
incidegcia
r a z ó n p o r 1:
l.
c u a l s e r 6n e c e s a r i o
mensual para e s t a sv a r i a b l e s .
6 n . p l o de
e l colector,
-
calcrllar un v s l o r pro!nec?io
Ta.mbi6n e s t z s v a r i a b l e s de-
penden de o t r o s p z r h e t r o s que más a d e l a n t e s e d e t e l l a r h .
Hay aue sey'alar que (
7-
) no r e p r e s e n t a e l producto ';tl
F o r OC
L
(
7
oc ) s ed e f i n e
E l subindice 8
(
7-
) y
T-4,
por:
-
r e p r e s e n t a l a d e 9 e n S e n c i z tanto de
i
d e l S . ? + l o de i n c i d e s c i a 8i 2e la radiacifjn
I
I
W
I
41
directa.
pd
r e p r e s e n t a l a r e f l e c t i v i d addi f u s ac ,u yeax p r e s i 6 n
:!
3i
..
i(
n
a n a l i t i c a es:
9
.
Y C ,r e p r e s e n t a l a
4
(V.17)
3
.(
a l a absorci6n
t r a n s m i t a n c i ad e b i d a
7 r e p r e s e n t a l a t r a n s n i t a n c i a t o t a l de l a
c u b i e r t a ;t a n t o ya, y x t i e n e n que s e re v a l u a d o sp d r 4 8
=
i
60'.
Las d e f i n i c i o n easn a l i t i c a s
de y L y 7 se v e r h de l a c u b i e r t a y
m&s a d e l a n t e .
La e x p r e s i 6 na n a l i t i c ad e l
producto (
re) Oi e s
i
-
(V. 1 8 )
2
e l producto
)oi p a r a e l hgu10
= O, e s d e c i r , i n c i d e n c i a nomal.
( x o )b,
c (2
(Td)Qi
del
:
(roc)
representa
n
de i n c i d e n c i a 8
valor d e l promediomensual
)a
(TL
y ( Cyoc
c a l c u l a d o s para los 9nfrulos c o r r e s p o n d i e n t e s a
r a d i a c i 6 nd i r e c t a ,
-
)r r e p r e s e n t a n l o s p r o d u c t o s
la
difusa y r e f l e j a d ar e s p e c t i v a m e n t e .
La e c u a c i o n (v.18) s e puede simplificar tonandoencuen-
ta que ya se c a l c u l a r o n alg-uaos terminosen
rior, p o r l o que l a e c u a c i b n b.l@ sepuede
S ep o d r i a
pensar e n sacar e l mímero
r e e s c r i b i r como:
1/(
TOC
)
n
en fac-
pero spee r d e r i a
l a informan'
a la n o r m a l i z a c i ó n d e l f a c t o r
( r-)ei
t o r y simplificar con (
c i 6 nc o r r e s p o n d i e n t e
l a s e c c i 6 na n t e -
)
r e s p e c t o a su valor máximo o b t e n i d o para 8 = O.
i
?
I!
L a e c u a c i 6 n (veld e s v h l i d a para un &nguloazimutal
mayor
Y = +-
u 1l e
no
-
'1
15'.
-
Analizando l a e c u a c i 6 n (v,lb)nos damos c u e n t a que l o s ú n i
c o st e r m i n o s
(
)di
q u e no seconocen
(
'On
nara e f e c t u a r e l c á l c u l o de
( TOc
In,
(
OC
7
P r i m e r socea l c u l a r &
p osre p a r a d o
Ir
(7
)d
O
y
para cada uno
de l o s Q n g u l o s de i n c i d e n c i a c o r r e s p o n d i e n t e
a 8i =O y 10s Qn-
e;ulos 8i a s o c i a d o s a l a r a d i a c i 6 nd i r e c t a ,d i f u s a
CALCULO Di3 LA R E 3 " A N C I A
V.2,E
"
"
.
L
-0
"
I
"
"
"
"
y reflejada,
DE LA
"
"
CUBISRTA
"
"
"
"
Todo m a t e r i a ls e a i t r a n s p a r e n t e
d i c e de r e f r a c c i i j n
tinci6n
)c
Nrn,
se c a r a c t e r i z ap o r
su i n -
su e s p e s o r 1 y su c o e f i c i e n t e de ex-
para e l e s p e c t r o solar, ( F I G 'Jf )
En l a figura se h a c e i n c i d i r
un rayocon
un h g u l o de
-
medido r e s p e c t o a l a normal de l a s u p e r f i c i e
i
sobre u n ac u b i e r t ac o n
las caracteristicasantesaencionadas.
incidencia 8
A p a r t i r de las r e l a c i o n e s de F r e s n e l l s e d e f i n e
f l e c t a n c i a de un cuerpopor:
-
l a re-
(v. 2 0 )
A
En e l momento aue la r a d i a c i b n s o l a r n o p o l a r i z a d a
c i d es o b r e
l a c u b i e r t at r a n s p a r e n t e ,
Bsta s e r e f l e j a
l a r i z a p a r c i a l m e n t e en d o s d i r e c c i o n e s p r i n c i p a l e s :
p e n d i c u l a r a l p l a n o de i n c i d e n c i a ( I
p l a n o de i n c i d e n c i a
(I
r
lI
1-
rJ-
iny s e pz
l a per-
) y , l p~a r a l e l a al
.
8, - Angulo
de r e f l e c t a n c i a .
FIG. V. f. A n g u l o s de r e f l e c t a n c i a e n
cubierta d e l c o l e c t o r .
la
Consideremos a I
cono e l promediode
r
a cada p o l a r i z a c i ó n , e s d e c i r :
n e sd e b i d a s
las c o n t r i b u c i o ..
(V. 211:)
p o rl o
que
?
SF
puede e x p r e s a r :
(V. 2 2 )
definiendo:
A p a r t i r de l a s r e l a c i o n e s de P r e s n e l l s e o b t i e n e n
v a l o r e s de
Gi/ / y cell
enfunci6ndelgngulo
los
de i n c i d e n -
c i a Qi queson:
___ ______
N
sen Qr ; para l a i n c i d e n c i a n o r m a l 8i =O y
sen @i
a
Nm!
Combinando l a e c u a c i ó n
nemos:
(~!,:-:;j)
con l a Leyde
f =O,
por
S n e l l ,o b t e -
P a r ai n c i d e n c i ar a z a n t e
(Qi=SO
O
) l a s d o s componentesde
p o l a r i z a c i 6 n t a m b i h son i g u a l e s :
V. 2. F.
"- """""-
CALCULO DBL COBFICIENTE DE
"
"
"
a
"
TRANSMI TI VI DAD
"
"
"
"
"
"
"
ze ;
E l c o e f i c i e n t e de t r a n s m i t i v i d a d de u nm a t e r i a l
t r a n s p a r e n t es e6 i ' e f i n e
serni--
como:
(V. 3 2 )
donde:
-
2oip
r e p r e s e n t a a l c o e f i c i e n t e de t r a n s m i t i v i d a dc o n s i d e r a n
do ftnicamente l a s p e r d i d a s p o r r e f l e x i b n sobre l a cubierta.
de -
r e p r e s e n t a a l c o e f i c i e n t e de transmitividad c o n s i d e r a n
r e i &
do b n i c a a e n t e las p e r d i d a s por a b s o r c i h a t r a v é s
la c u b i e r t a .
8)
"_
"-"""""-
-
CALCULO DEL COEFICIENTB DE T W i S i K t T I V I D A D DZBID9 A LA
"
"
"
"
"
"
"
""
"
"
"
""""-
REFLEXI ON
no p o l a r i z a d a i n c i d e
sobre l a
c u b i e r t a , B s t a , s er e f l e j ap o l a r i z & n d o s ep a r c i a l m e n t e
en d o s
Cuando l a r a d i a c i 6 n s o l a r
.
c o a p o n e n t e s ,p o r
l o q~ue s e c o n s i d e r e r a a
'Y6i.r c o n o
d i o de sus componentes de F o l a r i z a c i b n ,e sd e c i r :
e l prong
Primero s e deter:nina.r& e l v a l o r d e
'ye;C L
Suponga.mos una c u b i e r t a d e m a t e r i a sl e a i - t r a n s p a r e n t e
.
de e s p e s o r f i n i t o . (ipI:S. V. g >
Suponiendo que s o b r e l a p r i m e r ai n t e r f a s e
t a i n c i d eu n au f i i d a d
u n i d a dl l e g a r á
( I
-c
te ( 1
)
- 4 )*
d e r a d i a c i 6 ns o l a m e i l t e
a l a s e g u n d ai n t e r f a - s e , d e
s es ' e f l e j a r Q
de l a cubier-
( I-?)
esta
de e s t a
cantidad
hacia La p r i m e r ai n t e r f a s e
"
y únicaaeg
a t r a v i e z a l a s e g u n d ai n t e r f a s e .
Aplicando e l m i m o razonatnie,ito para la componente para-
l . e l a , obtenernos:
queenfunci6ndel
P a r ai n c i d e n c i a
p o r l o que:
& n e 1 0 deincirielnciaseexpresa
normal: Qi = O
7
(6;= o)
f
= Tdr
como:
c
FIG. V.g. Cantidad de r a d i a c i b n reflejada. p o r las
cubiertas.
""_
b) CALCULO DEL
COdE'ICIEYTG I)% T l i A S ~ ~ I T I V I l I A ID.8BIDO
)
A LA
"-.""""""
"
"
1
"
ABSORCION DE LA CUBIERTA
""-""
"
"
"
-
"
" " "
"
"
"
tragsmitividad debido a la a b s o r c i h
E l c o e f i c i e n t ed e
se o b t i e n e a p a r t i r de l a Ley,deBourgerquepropone
raabn d ea b s o r c l 6 n
de e n e r g i a p o r e l
medio (
drc;)
a la
como prc
porcional a l a intensidad local de l a r a d i a c i d n e n e l
( I , ) y e l c a m i n o6 p t i c or e c o r r i d o
representa
@
como:
l a c o n s t a n td
ep
e roporcionalidad
conocida
como e l c o e f i c i e n t ed ee x t i n c i 6 t . 1d e lm a t e r i a lq u e
corno
$6
-
por l a r a d h c i b n d e n t r o
del medioa
: n a l i t i c a m e n t es ee x p r e s a
K
medio
3 G dependen - t a m b i b de l a l o n g i t u d de ondade
asi
-
la
-
--
de simplificar l o s cB1
r a d . i a c i 6 ni n c i d e n t e :c o ne lp r o ? 6 s i t o
de l a aproximacióndelcuerpo
c u l o s t, , r a b a j a r e m o sd e n t r o
g r i s , l a c u a lc o n s i d e r a r a
a K
C O Z ~c o n s t a n t ed e n t r od e le s p e c
I
t r o solar.
E l cainino 6 p t i c or e c o r r i d o
f>
x =
p o r l a r a d i a c i ó ne s
x.
(FIG. V
L
"
"
"
c o s Qr
I n t e g r a n d os o b r e
e c u a c i 6 n (V.39),
e l camino6pticodesde
O hasta L a l a
obtenemDs:
= -kx
%7
-k
w
m)=z(o).c
(V. 4 0 )
e l c o e f i c i e n t e de t r a n s n i t i v i d a d por a b s o r c i ósdnee f i -
.
(V.41)
Aplicando l a ley de S n e l l para e n c o n t r a r el v a l o r d e
-
d e s p e j a n d o Qr, t,e:Temos:
(v.43)
para e l caso p a r t i c u l a r de i n c i d e n c i a normal
s e n Qi = O
8i = O
-1
e sd e c i rs e n
( O ) = O , p o r l o que 8r= 0,
P o r otra p a r t e cos ( O ) = 1, p o r l o Que:
(V.44)
V. 2.G.
CALCULO DE L A ABSORTANCIA DE LA PLACA
O
"
"
"
" "
O
"""""
" " "
O
"
La absortancia de la placa e n f u n c i 6 nd e l
-
B:llfrulo de i n c i
(V.47)
reoordando que
4,.=-f~ o ~e s n e c e s a r i o
2. t P s i L t p g i l , ~ c o n S t a t ~que
c o n o c e r los valorbs de
GjL y
)/
p r r a la capa que
recu-
b r e l a placa.
Debido a queno
se cuentacon
l a i n f o r m a c i 6 ns eu t i l i z a -
r& l a s i , g u i e n t e t a b l a en l a que s e reporten los v a l o r e s de
d e : en f u z c i ón de
8..
1
--
!'
jl
O
- 29
O. 96
- 39
4 0 - 49
o. 95
50
o. 91
30
60
O* 9 3
- 59
- 69
O.. a8
- 79
80 - 89
O. 81
'70
O. 66
Becordando l a d e f i n i c i d nd e lp r o d u c t o
(r-)oide
Para l a r a d i a c i 6 n i s o t r 6 p i c a d i f u s a e n
tal e l E c n p l o d ei n c i d e n c i a
torest&inclinado,el
un p l a n o h o r i z o z
O
promedio e s de 60 ; si e l c o l e c -
Bngulo p r o m e d i od ei n c i d e n c i a
r a d i a c i ó n d i f u s a s e r & menor a 60';
mediode
la ecug
para la
-
m i e n t r a s que e l &ngulo p r o
l a r a d i a c i h r e f l e j a d as e r &s u p e r i o r
a l o s 60O ; p o r
l o que c o n s i d e r a r e m o s al promedio del Qngulo de i n c i d e n c i a
p a r a l o s c o m p o n e n t e sd i f u s a
Contarnos ahora c o nt o d o s
V. 2.H
"_
y r e f l e j a d a corno 6 0
.
-
Es d e c i r :
los f a c t o r e s n e c e s a r i o s para c a l
"_
CALCULO DEL COEFICIENTE TOTAL
DE
"-
O
PERDIDAS U
-I;
-""
"
"
"
"
"
Analiza.ndo e l esquema de un c o r t e t r a n s v e r s a l
de un c o l e 2
t o r solar p1an.o tipo t u b o a l e t a d o con una c u b i e r t a . ( F I G .
V.h)
Estecolector
Fuede r e p r e s e n t a r s e p o r
un c i r -
mediode
c u i t o de r e s i s t e n c i a s a l f l u j o de c a l o r cofno s i g u e :
T amb.-
.pa .-
Temgeratura
ambiente
T en
It
T
I'
cubierta
.
placa
aislante
.caja
T ca ..- R e s i s t , e n c i a a l f l u j o de
R1
T ai
It
Y
T
n
calor
a traves d e l a i s l a n t e .
R2
.- R e s i s t e n c i a a l flujo
R3
.- P e r d i d a d e c a l o r
de c a l o r
Rr
t
7
a t r a v e s de l a caja.
.R4
R5
4
por r a d i a c i h
y c o n v e c c i o n , a lm e d i oa m b i e n t e .
1FIG.
P d r d i d a de c a l o r por c o n v e c c i h
V.i
e n t r e l a placa 7 la c u b i e r t a , l a s p é r d i d a s p o r radiac i 6 n de l a placa y l a s p 5 r d i d a s p o r t r a n s m i s i b n
a tra-
ves de l a c u b i e r t a .
R5
.- P e r d i d a s p o rc o n v e c c i 6 n
y r a d i a c i b ne n t r e
l a cubierta
y e l medioambiente.
L a fi,pura a n t e r i o r puede s i n t e t i z a r s e de l a s i g u i e n t e
-
manera:
Q O
dedonde:
*T
= R
P o rd e f i n i c i b n
1
+ R 2 + R
3
+ R
4
+ R
e l coeficientetotal
l e c t o r U, es:
lJ
BT
5
or.501
de p e r d i d a s d e lc o -
~
~
...
.-
Analizando a U
L
tenernqDs que:
UL = UAT + ULA +
'AT
.- C o n t r i b u c i o nd e
urn
(V.52)
l a garteposteriordelcolector
a ) CALCULO Di3 lJAT
De a c u e r d o 2 l a f i g v.i
'AT
=
3
1
93 =
Hw
-
UAT e s t & 'formada p o r :
1
5
e s p-e"-"
s o r d e-""""""
la i s l a n t e
"
"
"
+
1
"
"
"
.
+
1
%
a3
"
"
"
"
=
cond. t e m i c a daei ls l a n t e
""-EA
c
CTA
-"."- 31 JV.54)
W/Mo C
1
H?/
0'. 56)
"
"
"
R e g r e s e n t ae cl o e f i c i e n t e
de perdidas
h a c i a e l m e d i oa a n b i e n t e ,e s t a
9 o r tronveccion
p e r d i d a dependede
l o c i d a dd e lv i e n t o .
Hw = 5.7
Habiendosedefinidocedaunade
la
vz
or. 5 7 )
+ 3.8 ( V e v i )
VEVI z e p r e s e n t a l a v e l o c i d a d d e l v i e n t o
UAT es:
or.53)
"
"
"
en m/s.
las R tenemosahora
n
que
.
// c3
B.) CALCULO Dfi ULA
E l B r e ad e lc o l e c t o rs ed e f i n e
(NT
DTP
AC = LO
AC
e se l& r e ad e lc o l e c t o r
LO
larPo d eclo l e c t o r
DTP
d i s t a n c i ae n t r e
NT
nfirnero de tubosen
+
1)
(V.59)
(m)
(m)
'
t u b o s en l a p l a c a (m)
l a placa.
E l e s p e s o rd e lc o l e c t o r
r i a l e s queforman
como:
(SSCO) e s l a suaade
los mate-
a l colector y l a distatlciaentre
la p l a c a
y la cubierta.
Asi obtenemos:
ESCO =
DETU
EPC
ECU
EA
+
DETU
+ ESPC +
- d i h e t r o e x t e r n o d e l tubo ( m )
- e s p a c i oe n t r ep l a c á y c u b i e r t a
- e s p e s o rd e l a c u b i e r t a ( m )
2
1LO
(m)
(PECO) e s :
E l p e r i m e t r od e lc o l e c t o r
PECO =
ECU
+ 1). DTP]
+[(NT
5
( V m
E l coeficientedeperdidastotalesdelcolectorpor
lados es:
uLAL
S
CTA
-----. (PECO
EA
asi, l a s p b r d i d a s r e s p e c t o
ULA =
los
ESCO)
a l Brea g l o b a l d e l c o l e c t o r e s :
uLAL
(V.63)
AC
C ) CALCULO DE Urn
LOS perdidas en l a p a r t . e frorrtal son:
urn =
donde :
1
4 R
"
"
"
"
"
H
4
5
(V.64)
H4
H
PC
5
= PC
+
PR
= H'N
+
PiiIB
+
(V.67)
PSI
(37.68)
._
- son p e r d i d a ps o rc o n v e c c i 6 n .
- s o np e r d i d a s por r a d i a c i 6 n .
PiiI - son p e r d i d a sp o rr a d i a c i 6 ni n f r a r r o j a
PRIB - e s e l c o e f i c i e n t e d ep e r d i d a s por
PR
radiaci6nentre
la
cubierta y l a b6vedaceleste.
Las e x p r O s i o n e s a n a x t i c a s
de l o s c o e f i c i e n t e s d e p e r d i -
d a s ,eon :
or. 701
or. 71)
G
x
1 8c
EPA
ECU
c o n s t a n t ed eS t e p h a n
- Boltzman
=
5.67
lo-*
W/m 2 OK4
t r a n s m i t i v i d a d leca u b i e r t a
temperaturade l a b 6 v e d ac e l e s t e
e m i t a n c i ad e
l ap l a c a
e m i t a n c i a de l a c u b i e r t a .
Ahora l a temperatura de l a c u b i e r t a ( T cu ) se c a l c u l a
por un p r o c e s o i t e r a t i v o
a p a r t . i rd e los v a l o r e sc o n o c i d o s
TPA'
TAMB' y *BC
y pa.rt.ien.do d e l a h i p 6 t e s i s que e l flujo
de calor e n t r e l a p l a c a y l a c u b i e r k a e s igual a l flujo de
-
-
I
// 2
. .
l a c u b i e r t a y e l medioaabierlte.
calorentre
Asi, el flujo
es:
de c a l o r e n t r e
l a placa y l a c u b i e r t a qpc
= (PC + PR + PRI ) ( TpA -'ICV)
qpc
01.73)
I
l a c u b i e r t a y e l medio
ambiente
E l flujo de c a l oern t r e
= (HW + PRIB) (TCu
'CA
.
- TAMB)
I
gr.74)
Por h t p 6 t e s i s
si e l p r o c e s o i t e r a t i v o p a r t e ,
de que e l v a l o r i n i c i . . a l
O
e s por l o p e n e r a l 10 C menorque
TpA.
s e calcula qpc, ya que T
Con TCU
pone una TmBI
TCU
de T cu
PA
conoce.
se
Se
pro-
y se i t e r a hasta que TAiVIBl
.
,,
= TfZIIB; f&
l o s v a l o r e s de PC, Pi?, HW y PRIB con l o s que se
nalrnerltecon
t e r m i n a l a i t e r a c i 6 n para l a d e t e r m i n z c i b n de T
urn
=("-
1
-----o-
PC + PR
+
cu
s ec a l c u l a :
-
"
Las e x p r e s i o n e s a n t e r i o r e s han s i d o por t i n g u l o sd ei n c l h
O
Ahora, e s túal t i r neax p r e s i 6scneo r r e g i r a
naci6n S = 45
para un &ngulocualquierasegún
l a r e l ' a c i b n de K l e i n .
'ARC
'
A
R
- (s45)(0.00259 - 0 . 0 0 1 4 4 .
I
quedando, F o r G l t i m o , e lc o e f i c i e n t e
ECO0
P.7 6 )
de p e r d i d a s c o r r e e d o
-
como:
o'. 7 7 )
"- ""-"""
""_ TUBOS
V. 2. I. CALCULO Dl3L COEFICI ENTS DE TRANSFZHENCIA
"""-
"_
"
DE CALOR ENTRE EL ?LUIDO Y LO3
"
0
"
"
-0
"
"
"
- -"
"
"
"-
( HFT )
Como s e aclaró en un p r i n c i p i o , e l r é g i x e n de flujo en
.
i
l otsu b oasl e t a . d o s
de los c o l e c t o r eps l a n o se,s
n a r E. s t ef l u j os ec a r a c t e r i z a
i n f e r i o r a 1000.
por un
número
de
Reynolds
Haciendo l a c o n s i d e r a c i h que l a s capas
no semezclan
d e lf l u i d o
de t i p o lam&
y que por t a n t o e l
fluidose
c a l o r p o rc o n d u c c i b n
. t a como un & l i d ot k r i n s f i r i e n d o
ademas c o n s i d e r a n o s que e l c o l e c t o r a b s o r b e c a l o r e n
t a l forma que e l númerode
hornogbneade
t a n t ee n t o n c e se lv a l o rd e lc o e f i c i e n t e
forma
U
--
(k).
A s i ob-
tenemos que:
( V.78)
De
e l agua a 6OoC ( u s o d o m 6 s t i c o )t i e n eu n a
k = O. 661 W/rn°C.
CALCULO DEL FACTOR DE
0
"
"
"
" "
"_
EFICIENCIA Di3 L A ALETA
"
"
"
"
" " "
5
E l f a c t o r de la e f i c i e n c i a de l a a l e t a e s t & d e f i n i d o
c omo :
F
a
DONDE
Idc
c o n d u c t i v i d a d termiea d eclo l e c t o r
E
e s p e s o r de l a placa ( m )
P
V. 2.K.
CALCULO
"""-.
"-
(W/m 2 0C )
DEL FACTOR DE
"
"
" "
EFI CI m-crA DEL COLZCTOR
"
"
"
"
"
"m
( FC 1
jiste
-
de t r a n s f e r e n c i a de
e
"
"
"
-
y si
N u s s e l t (N ) e sc o n 2
( D ) y de l a c o n d u c t i v i d a d t6rmica d e lf l u i d o
V. 2.. J.
-
compo2
c a l o rd e p e n d e r aú n i c m e n t ed e ld i h e t r oe x t e r n od e lt u b o
.
.-
"
"
"
"
factor de eficiencia se d e f i n e corno:
i
representa. a l d i b e t r o i n t e r n o d e l t u b o
Di
'b
Rb
=
(V.82)
.b
or.83)
"
"
"
"
E
S
donde
k!b
e s l a c o n d h c t i v i d a dt e m i c ad e
y placa ( w / ~ ' c )
b
e sl a
E
l a soldadura ( m )
longitud e
proinedi o de l a s o l d a d u r a ( m )
D
E = 0021( -20)
e se le s p e s o r
S
l a s o l d a d u r a e n t r e tubos
S
"_
v. 2. L.
CALCULO DEL FACTOR DE REMOCION
"m
0
"
"
"
"
"
"
"
A
Estefactorindica
c a l o rd e lc o l e c t o r ,
l a forma en que e s t 6r e m o v i e n d o
( O
< Pr <
1 )
Este f a c t o r se d e f i n ep o r :
- oL - F'
4cp
donde :
flujo rnfisico p o ru n i d a d
G
e se l
C
e se lc a l o re s p e c i f i c od e l
P
V e
"-
a.gua (J/Kg°C)
"
"
"
"
"
"_
POR EL SISTEMA SOLAR
"
" " "-0"
-0
- "-
a) CALCULO DE LA SNERGIA RdQUERIDA
"""-
" "
"""W
""""-
3
de A r e ad e ls i s t e m a
2 . M* CALCULO DEL PORCENTAJE CUBIERTO
"""O
el
"
donde :
C
.
P
v
e s e l calor e s p e c i f i c od e lf l u i d o
e s l a d e n s i d a d d e l a p a (Ks/m 3 )
e s e l volumen
manejado.
E l tiempoenquetiene
que s e r r e c u p e r a d ae s ae n e r e l a
c
e s e l t i e m p od ei n s o l a c i b n
b)
(J/lag°C).
"-
diaria.
CALCULO DEL CALOR U T I L PSODUCIDO POR LOS COLECTORES
"""e
"-"
"
"
"
"
"
"
"
"- "-
"
"
"
"
"
De l a e c u a c i 6 n (v.4) y c o n los v a l o r e s c a l c u l a d o s , e l
calor
atil
es:
&" = fs LS ( 7 % )-.uL
cxy, " G Y S ) ]
si
s et i e n e
n c o l e c t o r e s conuna&rea
L=3
w/mL
or.871
A cada uno, e l
c a l o r .Crtil proporcionado por e l s i s t e a a e s :
7
=
QU
RH
o'. i9)
.R
"
"
"
"
"
donde :
RH
r e p r e s e n t a l a i n t e n s i d a d de l a r a d i a c i b ne ne lp l a n o
h o r i z o n t a l (W/m 2
)e
R'
e se lf a c t o r
de t r a n s f o r a a c i b n de l a r a d i a c i 6 ng l o b a el n
el plano h o r i e o n t a l a l plano d e l c o l e c t o r .
E l &rea n e c e s a r i a de c o l e c t o r e s ( A ) para c u b r i r e l
R
m i n i s t r oe n e r g e t i c 0r e q u e r i d o
%
r e n t a b l ep a r a
e l usuario.
en l a &pocadesead.aes:
"7.M
Aqui e s n e c e s a r i o s a b e r
su-
"
QtJ
"
"
"
or.90)
R
si e s t a& r e ae se c o n 6 m i c a m e n t e
-
.
."_
-
.
Una de las c a r a c t e r i s t i c a s i m p o r t a n t e s c o n
c o n t a ru n av i v i e n d a
que debe
e s que su i n t e r i o r sea c o n f o r t a b l e , i E
dependientemente de l a s c o n d i c i o n e sc l i n a t o l 6 g i c a se n t e r - -
nas. P o re s t o ,e sm u y . i n p o r t a n t e
p r o y e c t od e
/
parametros
que se r e a l i c ed u r a n t ee l
que s e varic
la v i v i e n d au nb a l a n c et 6 m i c oe n
-
tales c b m o ; o r i e n t a c i b n , m a t e r i a l e s
c c i h , g e o m e t r i a ,e l e m e n t o sa r q u i t e c t h i c o s
s o l a r ,v e g e t a c i 6 n ,e t c . ,
con e l f i n
de c o n s t r u
de p r o t e c c i b n
depoderaprovechar
plenamente l o s y e c u r s o s d i s p o n i b l e s para e l Sienestar de
sus habitantes.
E l ha1a.ncet6rmico
d e b e r e d i z & . r s e a l a hora en que
s e c?a: IEE:c o n d i c i o ~ e sexf.remas de temperatura ;
I de radia-
ci6n solar,
-
a s i se e n c o n t r a r a n las g a n a n c i a s maximas de e a
lor en l a v i v i e n d a y s e j u s t i f i c a r 6
o no e l u s o
de s i s t e -
mas p a s i v o s de c l i m a t i z a c i b n .
Sepuedeagrupar
en d o s p a r t e s
los f a c t o r e s quecon-
t i b u y e n o a f e c t a n al c o n f o r t de la v i v i e n d a .E s t o sf a c t o r e s son:
- 1 n t e r a c c i b n de m a t e r i a y e n e r g i a e n t r e e l i n t e r i o r
de
l a v i v i e n d a y e l medioambiente.
-La e n e r g i a i n t e r n a g e n e r a d a p o r
..
sus ocupantes y mfiqui-
nealse c t r o n e c & n i c a s .
Considerando l o a n t e r i o r podelrostomar
c i 6 n cbmo un s i s t e m a t e r m o d i n h i c o a b i e r t o
a la e d i f i c a - .
donde e x i s t e un
i n t e r c a m b i o de energfa. a t r a v e s de las f r o n t e r a sd e l
ma ( t e c h o p
, a r e d e s v, e n t a n a s p
, u e r t a s )c o n oc o n s e c u e n c i a
d e lg r a d i e n t e '
de temperatura que e x i s t e e n t r e
-
siste
e l interior
y e l e x t , e r i o r de l a v i v i e n d a .E s t ae n e r g f ae ei n t e r c m h i a
d e acuerdo a la segunda l e y d e la termodinAmica,
fluyendo
de l a f u e n t e de mayor temperatura a l a demenor,
con su
r e s p e c t i v o aumento
de
entropia
del sistema.
E l flujo d e c a l o r , que e s un v e c t o r cuya mamitu'd e s
.
-
l a c a n t i d a d 6.e e n e r g € a transmiticis pc:r u n i d . $ , ( ?
y a d i r e c c i 6 ne se ln e g a t i v o
5 . ~ 2 .Y ctl
d e l e r a d i e n t e d e l a temperatu-
depende de t r e sf a c t o r e s :
ra,
-Area d e ls i s t e m aa n a l i z a d o .
y elexte-
- D i f e r e n c i a de t e m p e r a t u r a s .e n t r ee li n t e r i o r
ri or.
-Propiedades termicas d e l m a t e r i a l de c o n s t r u c c i 6 n .
E l b a l a n c e de calor quedar&integradopor
l a s sigien-
tesecuaciones:
MUROS.
Q-
cm
TECHUMBRE.
=um
A
m
-T
(T
m b
in
(watts)
)
(watts)
=U * A '(T - T . )
Qct t t
sa In
VENTANAS.
(n.1)
(Vl.2)
donde:
-
temperatura. ambiente. ( 'C)
.- t e m p e r a t u r ai n t e r n a
T .- t e m p e r a t u r sao l - a i r e .
sa
T
de l a v i v i e n d a , ("C.)
in
(OC)
A,- & r e ad e ls i s t e m ac o n s i d e r a d o( v e . . l t a n a ,
U.
-
coeficiente
muro, e t c . ) (IR)
g l o b a l de t r a n s f e r e n c i a de c a l o r - ( watts',
ms.~>
E l c o e f i c i e n t e U s ec a l c u l a
para sistemas colapuestos
con la s i g u i e n t ee c u a c i ó n .
U=
h
h
O
i
1.
.- c o e f i c i e n t e de convecci6nquedependedelaireexterno
0 -
n
11
I1
para a i r e q u i e t o s e d n
watt S
19
19
lt
''
interno
"Modern A i r C o n d i t i o n i n g Prac-
t i c e " vale 9. 36
e . - e s p e s o r d e l laaterial. ( m )
conductividad t6rmica d e l m a t e r i a l .
A. -
K,
(watts/m 2*"C/m)
%rea d e l componente sr travCs d e . l a c u a l se t r a n s f i e r e
el calor. (a)
"
.
VENTILACION
-
= 1300*M*(Ta~b T. )
ve
In
1300.- c o n s t a n t e que i n v o l u c r a e l c a l o r e s p e c i f i c o
Q
(VI. 5 )
y dens&
dad d e la i r e .
f l u j o d e l a i r e ( m 3/ S )
M.-
E s t ef l u j o ' p u e d es e rp r o v o c a d o
p o r viento 6 fuerzss
t6rmiczs.
1 ) V e n t i l a c i h provocadaporVientos.
f l u j os ec a l c u l ac o n
el
En e s t e c a s o
la. s i p i e n t ee c u a c i b n .
( n .6 )
M= E * A . V
a
E= f a c t o r de e f e c t i v i d a d de l a s a b e r t u r a s , O.
v i e n t o sp e r p e n d i c u l a r e s
y de 0.25
-
5
-
0.6 para
0. 35 p a r s v i e n t o s
d i a g o n a l e s.
A = & r e a de e n t r a d a de l a v e n t i l a c i h . (m)
a
V = v e l o c i d a dd e 3v i e n t o .
V
(m/s)
2) V e n t i l a c i 6 n p o r F u r z a sT 6 r m i c a s .E s t av e n t i l a c i b n
c a l c u l ac o n
l a s i g u i e n t ee c u a c i b n .
M= O. 116. A * \rh( Tmb
0. 116.
-
A.
h.-
-
-
c o n s t a n t e de p r o p o r c i o n a l i d a d .
T.
In )
B r e ad ea b e r t u r ad ee n t r a d a
o salida. ( m )
a i s t a n ceina t r e
'..-.
de salida.
l a aberturp
/
..
(V1.7)
e n t r a d a y la
(m)
Cuando l a s a b e r t u r a s son d i f e r e n t e s ,
maspequeña
se
s eu s ae lA r e a
y s e l e Suma e l incremento que sedeterminaen
.
GHAFl C;A VI 2
GRAFI CA
V1.l
1
120
R A D I A C I O N A T R A V E S D d Vi3NTANAS.
( w a t t s ) (v1.8)
A -1.8
'rv=
.- & r e a de ventana. ( m )
I. - densidad de r s d i a c i 6 n .
lL
v
v
..
(W/m')
f a c t o r de g a n a n c i a solar d e l c r i s t a l dk l a ventana que
0.-
e s l e i d o en l a g r h f i c a V1.2.
GANANCIAS
POR EQUIPOS Y OCUPANTES.
La g a n a n c i ap o re q u i p o se l e c t r o n e c & n i c o s
se c a l c u l a
con la s i g u i e n t ee c u a c i 6 n .
w.
Qe,= w ( 1
p o t e n c i a d e l motor. f . ( w >
-
-
( w a t t s ) (V1.9)
,
e f i c i e n c i a d e l motor.
Q-
La g a n a n c i a de c a l o r d e b i d a a los o c u p a n t e ss el e e
tablas e d i t a d a s e n l i b r o s
como e l manual ASHRE, e l l i b r o
" V i v i e n d a s y e d i f i c i o se nz o n a s
t a gananciasedenomina
calidas y t r o p i c a l e s " .
E2
OC.
l a t e m p e r a t u r as o l - a i r e
P o ro t r ap a r t e
de
se d e f i n e como
l a temperatura que p r o d u c i r f a e l n i s l a oe f e c t ot 6 r m i c o
que
y 8 s t e v a l o r se añade
la r a d i a c i b n i n c i d e n t e e n c u e s t i h ,
a l a t e m p e r a t u r ad e la i r e .E s t at e m p e r a t u r a
se calcula con
la s i g u i e n t ee c u a c i 6 n .
T
IH.
- densidad
h
.- c o e f i c i e n t e de
6
oi
(d m 2
= T
m b +
( 6 IH
h
.3.
+ dDR)
(v1.10)
oi
de r a d i a c i 6 ns o b r e
1
una s u p e r f i c i eh o r i z o n t a l
t r a n s f e r e n c i a de c a l o rp o rc o n v e c c i 6 n
I
I
y radiaci 6n
.- e m i t a n c i a
d.-
sa
de
la s u p e r f i c i e .
a b s o r t a n c i a de l a s u p e r f i c i e .
DR.- d i f e r e n c i a e n t r e
la r a d i a c i 6 n d e onda larga i n c i d e n t e
"
sobre l a s u p e r f i c i e que p r o v i e n e d e l c i e l o y medio
*"
..- .".
".
___
1
i
i
I
i
b i e n t e y la r a d i a c i 6 n e m i t i d a p o r
DRs O p a r a .s u p e r f i c i e sv e r t i c a l e s .
pera.turaambiente.
E l c & l c u l o de DR s e r e a l i z a
e c u a c i bn.
I)R=
c[-(
8
-.' a4b
.
.
t r a v e s de l a s i g u i e n t e
) + l+cosSLP 4
2
(Ts u r r- T 4amb
)I
( V1.11)
i n c l i n a c i ó nd e lt e c h o .
SLP.-
a l a teE
un.cuerponegro
S i e lt e c h o
e s h o r i z o n t a l en-
t o n c e s SLP= O.
\
Tsky'
- temperatura
de c i e l o . (OK)
(vl.12)
T
= temperatura de a l r e d e d o r e s . (OK)
surr
T.1 ' = T
+ 10
surr
amb
(V1.13)
P a r ae lc & l c u l od e lc o e f i c i e n t ec o n v e c t i v o
y radiati-
vo hoi se c a l c u l a p o r separado l o s c o e f i c i e n t e s de radiac i 6 n y de c o n v e c c i 6 n y a c o n t i n u a c i b n se suman.
E l c o e f i c i e n t e de conveccibn de capa e x t e r i o r s e
c u l ac o n
l a s i g u i e n t ee c u a c i 6 n .
h = 5.7 + 3.8V
O
V
(v1.14)
( w/a20C )
E l c o e f i c i e n t e de t r a n s f e r e n c i a , de c a l o r p o r
c i 6 ns ec a l c u l a
4 - G . EW S T3
( w/a2 OC )
donde:
'I!= Tamb
..
W
radia
--
como sigue.
hi;r=
E
cal
.- e m i t a n c i a i n f r a r r o j a
+
'pared
( v1.15
( V I . 16 )
de s u p e r f i c i e
6.- c o n s t a n t e deStefan-Boltzmans
5.669 x
w/n 2og4
P a r a l a sirnplificacibn de c a l c u l o s l a s NotasdelCurso
d e A c t u a l i z a c i d ne nE n e r g i a
h
i rr
igual a 5 . 6 w/a2
S o l a r 1986 recomiendan tomar a
C a 20°C
Las d i s t i n t a s e a n a n c i a s
viendapuedenapreciarse
y p e r d i d s s de c a l o r e n u n a
en l a figur.a V1.a.
"
v&
I
i
l
.
7
Figura V1.a.
+
I d e n t i f i c a c i b n dc l a s
d i s t i n t a s ganancias y p e r d i d a s d e
c a l o r en una v i v i e n d a .
I.
V I . 1V I V I E N D A
"
"
"
"
"_
PROTOTIPO
DA L A PAZ B. C. S.
"-"""
"
"
"
"
"
.
La, c i u d a d de L a Paz B. C. S.
e s t & s i t u a d a a l o s 24 O C9'
N o r t e de l a t i t u d y a u n al o n g i t u dd e
u n aa l t u r a
110'
de lgna s o b r e e l n i v e l d e l
25' O e s t e ; con
mar. E l clima de la
l o s me-
ciudad e s muy c a l i d o y muy s e c o , l a temperaturaen
, s e s m&s c a l i e n t e s l l e g a a e l e v a r s e p o r e n c i m a
y d u r a n t e l a epoca d ef r i o
de l o s 4 0 OC
l l e g a a e s t a rp o rd e b a j o
O
l o s 10 C. L a s l l u v i a ss o ne s c a z a s ,l l e g a n d o
de
a u n o s1 7 5
mm
de p r e c i p i t a c i h p l u v i a l a n u a l d e l l u g a r . L a c o w p o s i c i 6 n
d e ls u e l o
e s de la c l a s e Yerrnosol d e l t i p o h a p l i c o y calcg
r e o dondepredomina
l a a r e n i s c a , a r c i l l a y carbonatos.
.
La
<
l a s c a c t h c e a s cdmo
v e g e t a c i ó n e s d e s b r t i c a dondeabundan
l a p i t a y a , agria, c h o l l ac, a r d o n e so, r g a n o sc, o l u m n a r e s ,
etc.
L av i v i e n d ap r o t o t i p oc o n s t r u i d ap o r
t i e n eu n as u p e r f i c i e
2
de 721x1 y un volumende
señ0 e s t & d e s a r r o l l a d o enuna
t a n c i a - c o m e d o r ,t r e sr e c a m a r a s ,c o c i n a , b a ñ o
v i c i o . La o r i e n t a c i ' 6 nd e
E l di-
-
hacia e l
l a sala-comedor y unarecáma-
la f i g u r a
A ' l o s b l o c k s queforman
.
y p a t i o de s e r
l a fachada p r i n c i p a l e s
s u r e s t e . ' d o n d ee s t á nu b i c a d a s
lescoloc6en
164m 3
sola p l a n t a y c u e n t ac o ne s -
/
ra coa0 se muestraen
e l 1NFONAVI.T
V1. b.
a l o s muros de l a v i v i e n d as e
ambas caras placas de p o l i e s t i r e n o de 5 cm.
de e s p e s o r y s o b r e 6 s t a s s e h i 2 6 e l
repeya'do y e l p i n t a d o
de c o l o r claro.
P o r su b a j o c o e f i c i e n t e de c o n d u c t i v i d a d tkrmica las
p l a c a s de p o l i e s t i r e n o s i r v e n c o n o a i s l a n t e
a l a vivienda
y j u n t o c o n l o s a l e r o s , que i r n p i d e n - l ai n c i d e n c i a
d i a c i 6 ns o l a r
d i r e c t a s o b r e l o s murosen
cas, se r e d u c ef u e r t e m e n t e
de l a ra
-
las horas c r i t i - -
l a s g a n a n c i a s de c a l o r en la vi
I
'"Y
.. . ".
A T r a g a lcul lzr a t i z a d o r
E P a r t e l u c e s de l h i n a
B Te?riocontenedores d'e aogrui ean t a d o s
C Sistema de c a l e n t a m i e n t o
F Captaci6n de v i e n t o
de agua p o r e n e r g i sao l a r
D D e p 6 s i t o de agua f r i a
G T i r o de t u r b i n ea 6 l i c a
o b t u r aabalne u a l n e n t e
. .
I
FI GUi2A VI. b. 2 1 la
~ figura s u p e r i o r se observa
la d i s t r i b u c i 6 n d e l a v i v i e n d a y l o s d i s p o s i t i v o s e s p e c i a . l e s q u e s e utilizaron para su cli
m a t i z a c i b n , asi como alqunos e q u i p o s e s p e c i a - les. En l a f o t o g r a f i a i í í f e r i o r - s eo b s e r v a l a
fachada p r i n c i p a l y la suroeste.
.'
vienda
..
,
forma de
La
techumbre
eds o b l ceo n
t e r m i n a c i o n ees n
.
..
l e r o , para i n d u c i r a l v i e n t o a q u ep a s ee n t r e
y e n f r i a r a l o st e r m o c o n t e n e d o r e s
espacio.
E l t e c h os u p e r i o rt i e n e
r a que j u n t oc o n
c
l a techumbre
deagua.ubicadosen6'ste
placas de, p o l i e s t i r e n o p g
los termocontenedores de agua y' e l a i r e
aumenten l a r e s i s t e n c i a a1 f l u j o de c a l o rp r o v o c a d o p o r l a
r a d i a c i 6 n solar d i r e c t a .
A l n o r o e s t e l a v i v i e n d ac o l i n d ac o no t r a .
l o s m u r o s ,v e n t a n a s ,p u e r t a s
y
E l &rea de
techumbreson
l a s siguien-
I
t e s.
FACHADA
NIUR O
VENTANAS
PUERTA
Norponiente
ente
oni
Surp
22.54
Suroriente
TECHUMBRE
72m
2
5.29
con
bo
l'
1.50
"
9.43
"-
"
2 . 5 3 m2
de i n c l i n a c i b n .
TABLA V1.1. A r e a s de l a s d i s t i n t a s fachad a s de la vivienda.
L o ss i g u i e n t e s
d a t o s s o n las c a r a c t e r i s t i c a s T 6 r r n i c a s
d e l o s m a t e r i a l e sc o n
q u es ec o n s t r u y 6 l av i v i e n d a .
MATER1 AL
ESPESOR
CONDUCT1 V I DAD
( 4
MURO S
B1 ock
O. 100
Poliestireno
O. 051
V idrio
O. 003
O. 650
TECHUMBRE
Lamina
0. O35
Poliestireno
O. 051
O. 040
A ir e
O. 7 0 0
O. 027
O. 2O 0
O. 619
TABLA V 1 . 2 .
2 3.589
M a t e r i a l e.,.s .de c o n s t r u c c i b n
de l a v i v i e n d a
~
.
POLIESTIRENO
A
I
R
E
A
G
U
A
L A M I N A
T E C P U M B R E
M U R O
POLIESTIRENO
F i g u r a v 1 - C . En ' & s t a s figuras se n u e s t r a
l a c o l o c a c i b n de l o s d i s t i n t o s m a t e r i a l e s
de c o n s t r u c c i 6 n en l a techumbre y muros.
'2 ?
1.
En l a figura V1.c.
se muestra la c o l o c a c i b n de los d i s -
t i n t o sm a t e r i a l e st a n t oe n
la techumbre ~ 6 x 0en l o s muros.
los
En los meses de j u n i o a s e p t i e a b r es ep r e s e n t a n
d f a s m&s c a l i e n t e s d e l a ñ o ,
enque
s e 1S e r v i c i oM e t e o r o l 6 g i c oN a c i o n a l
mayortemperaturas
Según la i n f o r r a c i 6 n
( S X N ) e l mesque-
tiene
e s j u n i o y , e l d i a 11 e s e l d i a que s e
c i b e l a mayorcantidad
d a t o so b t e n i d o s
l a s temperaturas mbximas
floc.
promedio e s t h a$rededor de l o s
.
rz
de r a d i a c i b n g l o b a l de acuerdo a l o s
d e l a S e c r e t a r i a de EnergiaMinas
e Indusi--
t r i a s P a r a e s t a t a l e s( S E M I P ) .P o rt a l e sr a z o n e s ,e lb a l a n c e
t b r m i c o e nl a - v i v i e n d as ee f e c t u a r a
pars d i c h o d i a , tomando
l a d i r e c c i ó n ,v e l o c i d a d
y f r e c u e n c i a de los vien-
e nc u e n t a
tos.
OR1 ENTACI ON
MURO
FRECUENCIA
NO
VELOCIDAD
<ds>
O. 3
NE
3.5
37.4
SE
2.4
19.4
so
2.
TABLA V1. 3.
($1
1. 4
o
2. 5
Velocidad y f r e c u e n c i a de
l o s v i e n t o s que son p e r p e n d i c u l a r e s a
l o s d i s t i n t o s murosde
P a r ai n i c i a r
la vivienda.
e l b a l a n c e ,s ec a l c u l a
/
paramnetrosqueson
de gr&n i m p o r t a n c i a como l o e s T sa y los d i s t i n t o sc o e f i c i e z
t e sg l o b a l e s d e t r a n s f e r e n c i s para.techunbre,
muro, e t c .
Para c a l c u l a r T
ecuaci6n V1.11.
Tab=
T
&Y
T
primero hay que c a l c u l a r DR de la
sa
L o s d a t o s quetenemos
son l o s s i g u i e n t e s :
37OC + 2 7 3
= O. 0552( 310)1.5
surr
= 310
+
10
T
0
0
9
Ta.mb=
31O O K
T
= 301
sky
T
= 320
I'
surr
'I
Ya que ho e s f u n c i 6 n d e l . v i e n t o , s e
d e l que t i e n e máyor f r e c u e n c i a
de,
3. %/s.
De aquique
h = 5.7
o
toma. . la
velocidad
.
que va a l SO y c u y ov a l o r
l a ecuaci6nV1.15
tome un v a l o r de:
h O = 19 mz
+ 3.W 3 . 5 )
I.
P o ro t r ap a r t es er e c o m i e n d at o m a r
W
OC
x
W
a h
i rr C h O 5.6,
De aqui que e l v a l o r
p a r a la s i r n p l i f i c a c i b n de c a l c u l o s .
es
de
-
La l h i n a de l a techumbre e s t a c u b i e r t a de p i n t u r a b l a n
ca que e s la r e s p o n s a b l ed e li n t e r c a m b i o
acuerdo .a.l a ' t a b l a 4 . 1 d e l l i b r o l l P r o c e s o s
deCalor"
deDonald
" E n e r g f aS o l a r "
'I.
. .
.
.
radiativo,'.y que ut
de T r a n s f e r e n c i a
H. Kern y d e l a tabla 4 . 7d e ll i b r o
de
J o s b Manrique e l v a l o r
.
a b s o r t a n c i a sonrespectivamente:
.,
.
.
6 = 0'.9l
de l a e m i t a n c i a y
y
oc=
0.3
L a mayor c a n t i d a dd e ' . ' r a d i a c i b ns o l a rs ep r e s e n t a
a las
2
11 h r s . con un v a l o r : de 7 5 9 . 6 3 w/m
E s ' n e c e s a r i oc a l c u l a r
.
l a componente h o r i z o n t a l de ksta r a d i a c i 6 n para e n c o n t r a r
..
.
elvalor
l a a l t u r a solar a
de DR, p o r l o t a n t o , s e c a l c u l a
l a s 11 hrs d e l d i a 1 8 4 y de a q u i h a l l a s o s
l a componente p e z
p e n d i c u l a r a l a h o r i z o n t a l (IH).
De l a e c u a c i 6 n1 1 . 7t e n e n o s
que l a d e c l i n a c i h solar e s
d '= 2 3.45 (sen
5=2 3 O 37'
360,284 +
36 5
mora, con la c c u a c i b n 11.8 obteneaos l a a l t u r a solar
teniendose
(w)
COR'O
d a t o s , la a l t i t u d (o') y e l Bngulohorario
para l a s 11 h r s .
"
s e - =c o s
S
cos 23'37'
24'09'
cos 15'
+ sen24O09'sen
23'379
ws=
76'26.'
La r a d i a c i h s o l a r puede r e p r e s e n t a r s e a traves de l a
s i g u i e n t ef i g u r a :
De aqui que:
IH= 7 5 9 . 6 3 - ( s e n 7 6 O 2 6 ' )
IH= 7 3 7 . 8 9
W
N
A l sustituir
IH en l a e c u a c i b n V 1 . 1 0 obtenemos:
T sa= 64.5OC
O t r of a c t o ri m p o r t a n t e
f i c i e n t ep l o b a l
para e l b a l a n c et e r m i c o
es e l c o e
de t r a n s f e r e n c i a de calor que a continua---
c i & n se c h l c u l a para l a techumbreenbase
-
a los datos de l a
tabla V l . 2 y de l a e c u a c i ó n V1.4.
7
U=
U= 'O. 552
w
ma*gC
De acuerdo a l a e x p e r i e a c i a d e l o s h a b i t a n t e s de l a vi
v i e n d as ui n t e r i o r
s e e n c u e n t r a a un35$ menos de l a
l o que, l a Tin e s aproximadanenteigual
t u r aa n i b i e n t e ,p o r
24OC. Y a c o ne s t o s
v a l o r e s o b t e n i d o s se puede c a l c u l a r la
c a n t i d a d de c a l o r g a n a d o
e c u a c i & n V1.2.
telapera
-
a
t r a v e s de la techumbre con l a
Q c t = O. 552*72(64.5 -
-
24)
a
'30
Y
Qct= 1611 w
Para c a l c u l a r el c o e f i c i e n t e g l o b a l
d e t r a n s f e r e n c i a de
c a l o re sn e c e s a r i od e t e r m i n a r
e l c o e f i c i e n t e deconvecci6n
externaquedependedelaire.
A c o n t i n u a c i hs eh a c e
c u l o de g s t ec o e ' f i c i e n t ec o n v e c t i v o
e l c41-
a p a r t i r de l a e c u a c i 6 n
V1.14 y de l o s d a t o s de l a t a b l a V 1 . 3 para cada una de l a s
fachadas.
Noroeste
h =
Fachada
Suroeste
ho= 13.3
O
Fachada
Sureste
h =
.O
Con g s t o s v a l o r e s p o d e n o s c a l c u l a r
TJ=
-
W/M
20C
If
14.82
"
U para l o s d i s t i n t o s mu--
\ !\
ros
6.84
Fachada
MURO NOROESTE
1
A
1
0.051 + - 0.100 + -1+ - 0.100 + -0.051
+
6.84
O. O40
650
6
650
0.040
O.
O.
U=
+ -9.36
1
0.470 w/mzoC
MURO SUROESTE
U= 0.486 w/m2
OC
MURO SURESTE
U= O. 488 V V / ~ ~ ~ C
Con e l c a l c u l o de U y con los d a t o s de l a t a b l a n . 2 ee
p o s i b l e c a l c u l a r l a s g a n a n c i a s de c a l o r a t r a v e s de los d i s t i n t o s muros p o r medio de l a e c u a c i b n V1.1.
MURO NOROESTE
MURO SUROESTE
Q CIR = 0,470 4-14 ( 3 7
1
Q
25 w
Q
cm2
= 0.486 22.54 ( 3 7
- 24)
- 24)
Qcm2= 1 4 2 w
MURO SURESTE
Qcra3= 0 . 4 8 8 5.29' *( 37
-
2 4 ,i
I
Q cm = 3 4 w
3
La su.Tna de1a.sganancias
en las t r e s fachadas d a un t o t a l de
201 watts.
&cm= 2 0 1 watts
Para e l c $ l c u l o 'de 1a.s g a n a n c i a s de c a l o r p o r
l a s ventanas
se u t i l i z a l a e c u a c i b n Vl.8, l o s d a t o s d e l a tabla V1.l y la
g r h f i c a V1.2
de g a n a n c i a para un vi--
donde se l e e e l f a c t o r
d r i o c o np r o t e c c i 6 ns o l a r ,& s t ef a c t o rt i e n e
un v a l o r de 0.29
2
l o s 206.64 w/n
La r a d i a c i 6 n s o l a r d i f u s a a l c a n z a
Con l o s v d o r e s a n t e r i o r e s l a s g a n a n c i a s d e c a l o r a trg
v 6 s de l a s d i s t i n t a s v e n t a n a s
VENTANA NOBOESTE
Q
rv
son l a s s i g u i e n t e s .
= 11.04.206.64*0.29
1
Q
VENTANA SUROESTE
= 662 w
rv,i
Q r v = 1 . 5 0 * 2 0 6 . 6 4 * O. 29
2
VENTANA SURESTE
Qrv-
Q
rv
2
=90w
= 9.43.206.64*0.29
Q
rv 2
= 565 w
La suma de l a s g a n a n c i a s a t r a v 6 s de l a s v e n t a n a s d&
un v a l o r de
Q = 1317 watts
rv
E x i s t e n d o s p u e r t a s en l a viviendauna
en l a p a r t e d e l
f r e n t e y otra en l a p a r t e de atrhs. Laganancia
estas s ec a l c u l a
c c i 6 ne x t e r n o
tomando en cuenta e l c o e f i c i e n t e
de calor en
de conve-
que y& h a sido c a l c u l a d o y l a conductividad.
termica d e l a puerta que; s e f i n
Sol" t i e n e un v a l o r de 4 . 8 8 w/w
e l l i b r o "El Habitat y e l
20
C/m.
Con & & o sd a t o s
nos c a l c u l a r e l c o e f i c i e n t e g l o b a l de t r a n s f e r e n c i a
como sigue.
.-
podede c a l o r
I
a l s u r e s t e e l c o e f i c i e n t e de con-
Para la p u e r t ac o l o c a d a
v e c c i 6 ne x t e r n a
(que ya ha s i d oc a l c u l a d o )
es
de 14.82,
por
t a n t o , U t i e n e el valor d e :
U=
e
1
1
+ - O. 02
14.82
4.82
-
+- 1
9.36
U= 5.605 w/r2OC
Con el c o e f i c i e n t e g l o b a l U, ya. s e puede c a l c u l a r l a s ga-
n a n c i a s de c a l o r a traves de #Sta puerta.
PUERTA SURESTE
Q
Para la puertanabroeste
ternatiene
pt,
= 184 w
e l c o e f i c i e n t e de conveccidnex--
un v a l o r de 60 84, p o r t a n t o , U vale:
U=
1
1
O. 02
+
4.88
6.84
1
9.36
+-
La g a n a n c i a de calor a t r a v e s d e Bsta p u e r t a e s :
PUERTANOROESTE
Las ganancias de calor a traves de l a s d o s p u e r t a s suaan
un t o t a l de
P o ro t r ap a r t e ,
Qpt=
289 watts
l a s g a n a n c i a s de c a l o rg e n e r a d a s
o c u p a n t e s de la v i v i e n d a ,h a c i e n d o
hrs.
se e n c u e n t r a nt r e s
a las 11
de e l l o s r e a l i z z n d ot r a b a j o s a o d e r n d o q
6 sentado's: las ganailciasserirn
se&n
l a suposicibnque
por l o s
por cada uno d e e l l o s e s 300
la t a b l a d e la. pag. 59 d e l l i b r o" V i v i e n d a s
en zonas C a l i d a s y T r o p i c a l e s " .
y Edificios
Por t a n t o , el v a l o r t o t a l
Ce
\;J
.
l a s g a n a n c i a sg e n e r a d ap o r
l o s o c u p a n t e se s
de :
Q o c = 900 watts
-
Debido a que l a t e m p e r a t u r ad e la i r ee x t e r n oe sc o n s i d e r a
blemente mayorque
l a t e m p e r a t u r a i n t e r n a de l a v i v i e n d a no e s
c o n v e n i e n t ep r o v o c a r
l a v e n t i l a c i ó nc r u z a d a
r i a l a t e m p e r a t u r ae n
se,es
ya que B s t o eleva-
l a p e r d i d a de c a l o r i n t e r n o
p o r c o n v e c c i b nn a t u r a l
traves de l a t u r b i n ae 6 1 i c a .
E l &rea d e l t i r o
de l a t u r b i n a e s
de l a s v e n t a n a s de v e n t i l a c i h e s
de 0.24m
2
de 2r
.
l a g r g f i c a ,s ei n c r e m e n t a r &e n
2
a
y l a abertura
Seghel
de r e l a c i 6 n de tamaños de s a l i d a c o nr e s p e c t o
diagrama
a l a e n t r a d a de
un 40% el B r e a d e l t i r o
de l a
t u r b i n a para s e r s u s t i t u i d € . en l a e c u a c i 6 n V1.7.
A = 0.24
a(
= O. 333a
1.4)
La a l t u r a ( h ) s e toma de l a p a r t em e d i a
l a s a l i d a de l a t u r b i n a .E s t aa l t u r ae s
E s t ef l u j o
de l a v e n t a n a a
de 3 . 8 1 ~ P o r t a n t o :
de a i r es es u s t i t u y ee n
l a e c u a c i 6 n Vl.5 l a c u a l n o s i n d i c a r a
l a s p e r d i d a s de c a l o r c o n v e c t i v a s .
= 13OOoO.271'( 37
&Ve
*ve
-
24)
= 4 , 5 8 0 watts
Una vez que se tienen t o d o s l o s v a l o r e s d e ganancias y
p k r d i d a ss ep r o c e d e
a h a c e re lb a l a n c e
d e l a s i r n i e n t e forma:
-
l a v i v i e n d a . L o que si e s p o s i b l e . l o g r a r
t e r m i c o de l a v i v i e n d a
Q,=
Q,=
%t
+ Qcm
+
Q rv +
1611 + 201 + 1317 +
Q,=
-262 w a t t s
+
Qoc
+ goo
Qve
4 580
I
'35.
V I ,2
""""-
V I V I E N D A PROTOTIPO DE SAN LUIS POTOSI
"
"
"
"
L a ciudad deSan
"
"-
O y a una a l t i t u d de1,877m.
Arid,,
en l a s s i g u i e n N,JLonpitud 100
22'09'
e ni n v i e r n o .
t r e l o s 6 y 30°C.
Hhplicocuya
O
El clima de l a c i u d a de ss e c o
t e m p l a d o ,c o nu n ap r e c i p i t a c i b nt o t a la n u a l
Las l l u v i a s p r i n c i p a l m e n t e
10.2%
"
"
"
L u i sP o t o s ie s t 6u b i c z d a
t e s c o o r d e n a d a sg e o g r & f i c a s :L a t i t u d
58'
"
"
de357
s e presentanenverano
m.
y d e l 5 al
Las t e a p e r a t u r a sm e d i a sa n u a l e so s c i l a ne y
La c o m p o s i c i ó nd e ls u e l o
capa s u p e r f i c i a l e s
t e r i a ~orgAnica,enque,debajo
e s del t i p o Xerosol
de c o l o r c l a r o y pobreen
de l a capa s u p e r f i c i a ls e
e n c o n t r a r un s u b s u e l o r i c o e n
ma-
puede
-
a r c i l l a , c r i s t a l e s de y e s o 6 car
b o n a t o s ; 'La v e g e t a c i 6 nd e ll u g a rp r i n c i p a l a e n t es ec o a p o n e
de
matorrales y pastizales.
que e l INPONAVIT c o n s t r u y be ne s t a
2
3
de 7 3 y un voliuaende
365x11:. E l
L av i v i e n d ap r o t o t i p o
c i u d a dt i e n eu n as u p e r f i c i e
d i s e ñ o e s t a d e s a r r o l l a d o.e. n d o s p l a n t a s
(corno semuestraen
I
l a fachada p r i n c i p a l e s t & o r i e n t a d a
f i g u r a V1.b) enque
la
hacia
e l sur. La c l i m a t i z a c i 6 n pasiva de l a v i v i e n d a c o n s t a. . deun
sistemá d eg a n a n c i a
solar d i r e c t a p o r l a techumbreconuna
t e c c i 6 n f i j a de c o n t r o l d e r a d i a c i ó n
( v e r f i g u r a V1; e ) . E s t a
r a n t ee li n v i e r n o
s i t u a d oe n
l i d a d de c a l e n t a r e l a i r e
r a n t ee lv e r a n os ev e n t i l a
muro Trombe,cuyo
traves deun
a l e r o f i j. o.
torna d i r e c t a de r a d i a c i b n c a l i e n t a
l a recharasituada
t i e n e un muroTrombe
8
pr2
du-
a l n o r t e .L av i v i e n d a
l a fachzda s u r y t i e n e l a f i n a
de l a v i v i e n d ae n
para queno
e l i n v i e r n o y, du-
se s o b r e c a l i e n t e .E s t e
p r i n c i p i o d e funcionarnie:ltosedescribeen
e l c a p i t u l o 111.2. C , e s t a c o n s t r u i d o
do e l c u a l e s p i n t a d o
unamayorabsorción
Esta r a d i a c i 6 nt i e n e
de t a b i q u e de b a r r o c o c i -
en su parte e x t e r n a de c o l o r nefrro para
de l a r Z d i z c i 6 n s o l a r que i n c i d es o b r e
quepasar
antes
COI-
61.
una l h i n a t r a n s l u c i -
.
F I G U R A V I . d. 3n e l croquis s u p e r i o r s e m u e s t r a
l a d i s t r i b u c i 6 n d e l a v i v i e n d a a s € c o r a ~l o s
d i s p o s i t i v o s e s p e c i a l e s para l a c l i m t i z a c i 6 n
solar p g s i v a de e s t a y e l equipo u . t i l i z z d o p a r a e l c a l e n t a m i e n t o d e l a p a p o r e n e r g í a solar
En l a fotoyrafia i n f e z - i o rs ea p r e c i a
l a fachad a p r i n c i p a l donde' e s t 5 ubica&-o el anuro Trombe
F i G U R A VI.er. En é s t a fipura y fotografia s e
muestra la toma. de r a d i a c i b n s o l a r d i r e c t a que
hay en l a techumbre de l a v i v i e n d a y que permi
t e e l c a l e n t a d e n t o de l a r e c h a r a c o n o r i e n t ;
cibnnorte.
-
da
h e c h a de p o l i e s t e r / f i b r a de v i d r i o que e s t & ,a n t e p u e s t a a l
l a fi-
muro Trombe a una d i s t a n c i a de 20cm. como s e muestraen
gura V1.
f.
l a v i v i e n d ae s t &c o n s t r u i d ad el h i n a s
L a techumbrede
galvanizadasqueen
.
l a p a r t ei n t e r m e d i al l e v a n
espumade
po-
l i e s t i r e n o para minimizar l a t r a n s f e r e n c i a de c a l o r a l i n t e r i o r :
En l a fachada n o r t es ec o l o c 6t a m b i b nu n a
placa de p o l i e s t i r e n o
para e v i t a r l a s p e r d i d a s de c a l o r ya q u ee ni n v i e r n o
b a j a bas-
t a n t e l a t e m p e r a t u r a y en 4sta fachada o c u r r e n l a mayor c a n t i dad de p e e d i d a s en d i c h a temporada.
de tabiquenormalconunaplanado
E s t e muro e s t &c o n s t r u i d o
de m e z c l a y p i n t u r a v i n i l i c a
clara. L a v e n t i l a c i h e s f o r z a d a p o r medio de una t u r b i n a e 6 1 i
ca o p e r a d a p o r a c . c i 6 n d e l v i e n t o
t a l como s e e x p l i c a e n e l c a p i t u l o
p e r a t u r a si n t e r i o r / e x t e r i o r
111.2,
y/o p o r l a . d i f e r e n c i a de t e a -
E l e n t r e p i s oe s t &h e c h o
de l o s a de c o n c r e t o armado, E s t a
viviendatienecuatro.colectoressolares
p l a n o s para c a l e n t a r
un termotanqueque
e l agua que e s almacenadaen
l a c o n s e r v ac o n
..
p e r d i d a s de c a l o r .
unminimode
l a p l a n t a baja, e s t & s i t u a d a l a
Al s u r de l a v i v i e n d ae n
sala-comedor,
a l n o r t e l a c o c i n a y unpequefío
En l a p l a n t a a l t a ' s e e n c u e n t r a n d o s r e c g n a r a s , u n a
l a o t r a a l 'sur, y en l a p a r t e g e n t r a l
unbaño.
p a t i o de s e r v i c i o
al norte y
A l l a d oe s t e
y
o e s t e l a v i v i e n d ac o l i n d ac o no t r a s
y p o r l o t a n t o ,s ec o n s i -
d e r a queno
6 p e r d i d a de c a l o r p o r e s -
e x i s t en i n g u n ag a n a n c i a
*
t a s fachadas.
Las & r e a s de ventanas,puertas,muros
q u es ee s p e c i f i c a ne n
y techumbreson
las
l a s i g u i e n t e tabla.
FACHADA
XURO
Sur
13.11 m
13. 58
Norte
1.86 m
Areas
2
1.78
"
TECHUNBRE
TABLA V1.4.
VENTANA
2
38.8 m
de
PUERTA
2
2.2 m
1.84
'I
toma de r a d i a c i 6 n 3 . 2 ~21
componentesen
S'achadas
.
~
.
. . ..<
F I G U 3 A VI..f.
El c r o q u i s s u p e r i o r m u e s t r a en c o r t e la fachada p r i n c i p a l con l r s p a r t e s que i n t e g r a n a l muro Trorn
be. En la f o t o g r a f i a i n f e r i o r se ve a l t a b i q u ep i n t a d o
de negro, a l a s a b e r t u r a s de e n t r a d a d e l a i r e c a l i e n t e y
a l a I h i n a t r a n s l u c i d a .I n t e y r a n t e sd e l
!?hlro Trombe.
-
termicas de los m a t e r i a l e s de c o n s t r g
Lascaracteristicas
c c i ó ns o n
las siguientes:
MATER1 AL
'9IUR O
C O N D U C T i V I DAD
ESPESO3
(w/m
(m)
Sur
O. 28
B1 ock
L h i npa o l i e k t e r / f i b r a
de v i d r i o
o.
L a dNr o
i lrl toe
Polie stireno
Nota.-
.
I
c/d
O. 650
o1
O. 060
O. 1 4
0. 69 3
C. 0 5 1
O. 040
En e l c a s o d e l a i r e s e u t i l i z a e l c o e f i c i e n t e c o n v e c t i vo para a i r e q u i e t o ,
Tabla V l . 5 .
w/m20c.
cuyo valor e s 4 . 5
C a r z c t e r i s t i c a s de l o s mate-
r i a l e s ' e n l a s fachadas s u r y n o r t e .
L o s v i d r i o s de l a s v e n t a n a s t i e n e n u n e s p e s o r
conunaconductividad
de O. 8 5 4m i e n t r a s
de O.OQ3mp
que l a s p u e r t a s s o n
l h i n a con un e s p e s o r de 0.04~ y unaconductividad
de 4.20
v~/n*~C/(r.,P o r o t r a p a r t e la t e c h u m b r ee s t &c o n s t r u i d a
narnultypanelde
e s de O. 0108 w/m
0.Olm
20
de e s n e s o rc u y ac o n d u c t i v i d a d
q u e s ee n c u e n t r a
n a n c i a s de c a l o r van o c u r r i re n
cibnsolarel
de 1cUi-
termica
c/a.
P o r l a s i t u a c i 6 ne n
b r e y unminimo
de
l a fachada sur,en
en l a fachada n o r t e .
d i a conmayorcantidad
d f a 16 de a g o s t o .
l a v i v i e n d a las ga-
Según l o s d a t o s de radiade r a d i a c i b n o c u r r e e l
De' acuerdo a l o s d a t o sd e l
de este d i a s e r e g i s t r a
O
Con e s t ec o n j u n t o
S#N a las 14 hrs.
l a aayor t e n p e r a t u r ad e l
ga a l o s 2 9 C y u n ar a d i a c i 6 n
deaproximadamente
de d a t o s
se
la techun-
d f a , que l l e 2.
6 1 1 w/m
.
procecie a c a l c u l a r l a s d i s -
t i n t a s g a n a n c i a s de c a l o r , comenzando con T sa*
Para c a l c u l a r Tsa
p r i x e r o s e o b t i e n e n los s i g u i e n t e s pars
metros:
'i'
-
ab-
2goC + 2 7 3
9
9
T
a b
'sky=
= 302OK
290
"
T
= 302
surr
+
.
10
T s u r r = 312 OK
9
Con r e s p e c t o a l a techumbre, & S t a t i e n e u n a i n c l i n a c i 6 n
. De aqui que, e l v a l o r de DR sea:
5. 6 6 9 x 1 0 w 8 ~ + c o s 1 0 ~ ( 249-0 302 4 ) + l + c o s l O o ( W 4 - 3 W 4 $
de 10
DR=
O
p o r l o t a n t o SLP= 10
O
2
2
El factor h
vg
e s f u n c i 6 nd e lv i e n t o ,c u y a sf r e c u e n c i a s ,
O
l o c i d a d e s y d i r e c c i 6 p se d a n en la s i g u i e n t e tabla.
OR1 ENTACI ON
MURO
VELOCIDAD
b / S )
($1
Sur
1. 5
1.4
Norte
1.4
3- 3
Oeste
3. 2
32.6
"-
Este
T a b l a V1.6.
FRECUE3CIA
"-
V e l o c i d a d y f r e c u e n c i a de
l o s v i e n t o s que s o np e r p e n d i c u l a r e s
P
l a s d i s t i n t a s fachadas de l a vivienda.
Como sepuedeapreciaren
l a tabla a n t e r i o r , e l v i e n t o
con mayor f r e c u e n c i a e s e l p e r p e n d i c u l a r a l a fachada o e s t e ,
es decir el
que va en d i r e c c i 6 n a l zwteconuna
3.2 m/s. P o rt a n t o ,
0-
se
c a l c u l a c o nQ s t ev a l o r
ho= 5.7 + 3.8( 3.2)
9
v e l o c i d a d de
el c o e f i c i e n t e
h = 17.86 w / a 2.; 0C
O
Para l a ' s i m p l i f i c a c i h de c a l c u l o s h
l o r d e 5.6 w/m20C.
h
Con h
O
y hirr
s e l e d& un vairr
s e c a l c u l a hoi.
o i = 17.86 + 5.6
La p a r t e e x t e r i o r de l a techumbre e s t & p i n t a d a d e blanco.
Est.& 3 a r f e : e s l a r e s p o n s a b l e d e l i n t e r c a m b i o r a d i a t i v o
v a l o r e s de e m i t a n c i a y a b s o r t a n c i z son los s i g u i e n t e s :
4.. 0.91
ocz
"
o. 3
y los
L a componente de l a r a d i a c i 6 n q u es er e q u i e r e
c u l o de Tsaes l a que caeen
e l p l a n oh o r i z o n t a l .
ahi l a co.mponenteque
l l e g a a l plano h o r i z o n t a l . Para c a l c u l a r
l a a l t u r as o l a rt e n e m o s
como d a t b s :
I
y de l a e c u a c i 6 n 11.7:
#=
d= 23-45.sen
O
O
22 0 9 ' ; =
~ -30 ; n= 2 2 8
360,284
d=13'45'
la componenteen
Por tanto es
de 'la e c u a c i b n VI.11 la a l t u r a solar y de
necesariocalcular
Esteesel
para e l c&&
+ 228
365
l a r a d i a c i b n llega, p o rt a n t o ,
Qnpuloconque
e lp l a n oh o r i z o n t a l
e s o b t e n i d o con baseen
,
e s s i g u i e n t e diagrama
IH
= 530.41
w/m
.
2
Con los d a t o s que ya s eh a no b t e n i d oe sp o s i b l e
sa
.
calcular
de l a e c u a c i 6 n V1.10.
T sa= 2 9
+
23.46
( o . 91-530.41 + O. 3-57
T sa= 49.5OC
-
Para c a l c u l a r l a F a n n F c i a de c z . l o r p o r la techumbre e s ne
c e s a r i o saber si e n t r ar a d i a c i 6 n
que
existeen6stelugar.
d i r e c t a a travBs de l a t o m
-
Para e l l o se muestrz lz s i c i e n t e fi
-v.'I
\
FI WiL'.. V?.
E l anchode
Q.
l a s o r i a soinbreada
(X)
en
-
l a toma d z r a d i a c i 6 n d i - r e c t at i e n e
un v a l o r de
I
27.2~21.
El l a r g o de l a tons de r a d i a c i b n d i r e c t a e s
l o que e l &rea a t r a v 6 s de l a c u a l p e n e t r a e l
De aqufque
2
sol e s de 2 . 2 6 1 ~
e l c 6 l c u l o de l a g a n a n c i a di. calor en l a techumbre
s e r e a l i z a r g ' e n dos p a r t e s ; u n a
rectaen
de. 3.60111p o r
para l a toma d e r a d i a c i b n d i - -
l a que p e n e t r a e l s o l 'y o t r a para l a p a r t e c o n s t r u i d a
de multypanel.
Para l a p a r t e de multypanel e l v a l o r de U e s , a p a r t i r
de l a e c u a c i 6 n
VI. 4:
U=
1
l
+ o.
17.86
O. O 1 1
1
+ -9.36
010
U= O. 9 1 8 w/n2'C
En l a toma d i r e c t a de r a d i a c i 6 n hay d o b l e v i d r i o
conunespesor
de 0.006s y conuna
cada uno
c&mara de a i r e i n t e r m e d i a
de 0.05m de e s p e s o r . Para e s t e caso e l v a l o r de h o va a t e n e r
un v a l o r de 1 1 . 4 de acuerdo a l a e c u a c i b n V I , 2 5 y a l a t a b l a
VI.6.
Con e s t e v a l o r e s p s i b l e c a l c u l a r
TJ=
11.4
1
t-
Este u l t i n o v a l o r
O. 006
o. 854
1
+ 4.5
I
"
U.
o. OOb
+
o. 854
1
9. 36
+-
s e u t i l i z a r 6 en e l c A l c u l o de l a ganan-
c i a de calor cuando s e a n a l i c e : ; l a s ventagas.
Con e l c o e f i c i e n t e
U d e l rnultypanel y Tsa obtenenos l a s
aba
-
g a n a n c i a s de c a l o r a traves de l a t e c h u m b r e h a b i e n d o s e d e t e c t a
do que l a t e n p e r a t u r a i n t e r n a de l a v i v i e n d a e s t a u n o s
20%
a u n o s 23'C.
c a l o r ganado e s :
P o r t a n t oe l
Qct
= O. 918 38.8
- 23)
(49.5
.
Qct= 944 watts
P a r a l o s muros tenemos l a s i g u i e n t e f i g u r a
cuantaes
.
l a radiacidndirecta
que n o s i n d i c a
que l l e g a a e s t o s ;
F I G U R A VI. h. Aqui s em u e s t r a
e l sombreado a l a s 1 4 h r s .
VENTANA
b r ee l
sg
muro sur,provocado
p o r e l alero de O. 5r de l o n &
tud.
1
Como es e v i d e n t ee n
e ld i b u j o ,
la racli-aci-h s o l a r d i r e c t a
p e n e t r a a 1.4m de a l t u r a l o que s i g n i f i c a que, para e s t a p a r t e
i l u m i n a d a se u t i l i z a r a T S a en e l c & l c u l o de l a g a n a n c i a de casel o r y para e l r e s t o s e
h a r & u t i l i z a n d o T aab. E s t ec r i t e r i o
r& v a l i d o para v e n t a n a s t a r n b i h .
E l & r e a d e l muro en que se u t i l i z a r a Tsa
Brea total
Z(4~1.4)
murop l ea n t a
las d o s
plantas
A r e ad e l
muro=
-
-
Q r e a de v e n t a n a s
-
Brea de p u e r t a s
(0.5x0.8 + 2 ( 0 . 5 x O . b ) j
planta alta
baja
es:
-
l.Oxl.4
puerta
2
8.8~
En e s t a t e a p o r a 5 a de c a l o rs ee v i t a
que c i r c u l e a l i n t e - -
r i o r de l a v i v i e n d a e l a i r e d e l muro-Trombe.Haciendo
l a supo-
c i e n t e que d e p e n d e r &d e lv i e n t os e r &e le x t e r n o
( h o ) que y& ha
s i d o c a l c u l a d o para l a U d e l a toma de r a d i a c i b n d i r e c t a
yo valores
de 11.4.
y cu-
Con e s t e d a t o e s p o s i b l e c a l c u l a r e l
Va--
de t r a n s f e r e n c i a de c a l o r para e l
l o rd e lc o e f i c i e n t ep l o b a l
c
muro d e la s i g u i e n t e forxa:
u=
+
"
11.4
O. O1
1
1
+
O. O 6
+ 0.28 +
0.65
4.5
L at e m p e r a t u r as o l - a i r es ec a l c u l a
1
9. 36
tomando encuentaque,
las c a r a c t e r i s t i c a s de e a i s i v i d a d y a b s o r t i v i d a d de l a l&rnina
p o l i e s t e r / f i b r a de v i d r i o son;
f = 0.25
y
OC=
P a r au np l a n ov e r t i c a lc o no r i n t a c i b ns u r
r a d i a c i 6 n que s er e c i b e
O. 85
l a c n t i d a d de
2
a las 14:OO hrs e s de 363.7 w/n
Por
.
e l c o e f i c i e n t e ho i e s :
o t r ap a r t e
h
oi
= h
O
+
hirr=
1 1 . 4 + 5.6
h
oi
= 17 w / n 2 0 C
E l manual ASHBE s u g i e r e d a r un v a l o r de c e r o a Dl? cuando
se trata de p a r e d e sv e r t i c a l e s ,p o rt a n t o :
T sa= 29 + 0.85( 363.7)
17
l.
Q
= 210~
cm1
.
l
.
El c o e f i c i e n t e U para l a p u e r t a e s e l si,guiente:
U=
1
1
o. 02
+ -4.20
11.4
1
9.. 36
+-
U= 5.017 w/mZoC
.
en e l caso de l a p u e r t ap i n t a d a
L at e n p e r a t u r as o l - a i r e
de ernisividad e s 0.9,
de b l a n c o ,c u y oc o e f i c i e n t e
s ec a l c u l a
a
continuaci6n.
T sa= 2 9 + O . g ( j 6 3 . 7 )
7 .?
T
c
, C o ne lc o e f i c i e n t e
sa
= 48. 3 O C
g l o b a l y Tsa
s ec a l c u l a
l a ganancia a
travgs de la puerta.
Q
= 178 w
CP1
I
En e l c B l c u l o de l a s g a n a n c i a s a t r a v e s de l a s v e n t a n a s
que a c o n t i n u a c i 6 ns e
har8, s ei n c l u i r &
l a toma de r a d i a c i 6 n
d i r e c t a . E l c o e f i c i e n t e U de l a s ventanas e n el muro s u r es:
1
U=
1
O.
030 + - 1
i11.4
O. 854
9. 36
u=
4. 354
W/R2 OC
E l c o e f i c i e n t e g l o b a l para la toma de r a d i a c i 6 n d i r e c t a
se c a l c u l b :en l a p a r t ec o r r e s p o n d i e n t e
ne el v a l odre :
u=
2 . 5 w/rA2
L a t e m p e r a t u r as o l - a i r e
a l a techunibre, y t i e -
OC
en las v e n t a n a s d e los n u r o s y la
toma de r a d i a c i 6 n d i r e c t a 'son p r A c t i c a n e n t e los mismos. L o s
c o e f i c i e n t e s deemisividad
respectivamente;
6 =
y a b s o r t i v i d a d para e l v i d r i o son
0.937
y
d =0.06
l
.
r e s p e c t o a l a h o r i z o n t a l , como puede a p r e c i a . r s ee n
l a figura
V I . e.
L ag a n a n c i a
de c a l o r e n l a s v e n t a n a sd e l
muro s u r que r e -
cibe d i r e c t a m e n t e la r a d i a c i b n s o l z r e s :
- 23)
= 4.354 l ( 4 9
Q
cvl
Q
= 113
1
cv
W
en l a toma d i r e c t a de r a d i a c i 6 n l a g a n a n c i a es:
Q
De l a t a b l a 1 y de las Areasque
menteobtenemos
b r e a d a . sd e l
B r e ad e l
-
= 2. 5 2 . 2 6 ( 4 9
cvdl
23)
e l s o l irradia d i r e c t a -
l a s s i g u i e n t e sg a n a n c i a s
para l a s p a r t e s som-
muro sur.
muro s o n b r e a d o =& r e a2 o t a l
= 4.31n
-
& r e a irradiada
-
Q.cm= 1.306 4 . 3 1 ( 2 9
23)
2
-
& r e a de l a p u e r t a sombreada=Area t o t a l
= O. 8 d
Q
= 5.11
cp2
0.8(29
-
23)
c
& r e a de l a ventanasombreada=brea
total
= O. 86m2
QCV=
4. 354 0 . 8 6 ( 2 9
2
Qcv=
a r e ai r r a d i a d a
-
-
& r e a irradiada
23)
22 w
2
A estas g z n a n c i a s hay que a E a d i r l e s l a s d e l a toma de ra-
d i a c i b n d i r e c t a q u e hay en l a techumbre y q u es ec a l c u l a n
continusci6n.
8
c a l o re ne s t ap e q u e ñ aB r e ae sd e :
= 2.5 0.48(29
Qcvd
-
23)
2
Q
,
= 1 5 w
cvd2
Haciendo l a . Suma de t o d a s 12s gznancias de la f a c h a d as u r
en wztt S , . tenernos:
PUERTA
VEFITAVkS
MUIiOS
Q
= 210
cml
Qcm= 34
Q
= 178
cP1
Q = 25
Q
= 113
CV,
I
2 244
cp2
203
L a suma t o t a l de l a s ganaricias de c i i l o r en la fachada s u r
QfS
e s de;
744 watts
En e l caso de l a fachada n o r t e
t o d o s los c a l c u l o s de ga-
n a n c i a de c a l o r s e r e a l i z z r g n a la t e a p e r a t u r a alnbientede
O
C ya que t o d a e s t a p a r t e e s t a
E l c o e f i c i e n t ec o n v e c t i v o
t o ,d ea c u e r d o
29
sombrezda.
e x t e r n o d e l muro debido
21 vies
a l a e c u a c i 6 n VI.14 e s :
h = 11 ~ / r n ~ ~ C
O
El c o e f i c i e n t ep l o b a l
U p a r a e l muro e s , de a c u e r d o a los
d a t o s de 12 t a b l a s 4 y 5 :
U=
1
11
1
f
0.051
O. 0 4 C
+
0.140
O. ii9 3
-t
1
9. 36
Con e s t e c o e f i c i e n t e o . b t e n e : a o s l a s p.nancias d e c z l o r a
E
..
blobal en l a s v e n t a n a se s
E lc o e f i c i e n t e
U=
e l siguiente.
'1
I
1
11
0.030
+ o. e54
1
.-.
9. 36
+
La panancia d é . calor en las v e n t a n a s de acuerdo a l c & l c u l o
a n t e r i o r y a la t a b l a 4,
Q
es:
cv
-
= 4 . 2 91 . 7 9 ( 2 9
Q
cv
= 46
233
VJ
E l c o e f i c i e n t e g l o b a l en l a p u e r t a e s e l s i e i e n t e :
U=
1
+
11
o.
1
+- 1
020
9. 36
23.589
U= 5.04
-,v/ni20C
L a g a n a n c i a de c a l o r a t r a v e s d e l a p u e r t a , de acllerdo
al c a l c u l o a n t e r i o r
y a l a tabla 4,
De acuerdo a e s t o sc Q l c u l o s ,
es:
fa:. g a n a n c i a s de c a l o r a trg
ves de l a fachada n o r t e Qtn
es de;
151 x a t t s
.Eebido a que l a temperaturs. e x r e r n z d e l a i r e
l a d e li n t e r i o r
e s nayor que
de l a v i v i e n d a , n o e s c o n v e n i e c t e l a v e n t i l a - -
c i 6 nc r u z a d ah a s t a
que 1 2 t e x p e r a t u r ae x t e r i o rs e aa g r o x i a a d a -
mente i g u a l a l a i n t e r i o r . P o r e s t a r e z b n 'Las p e r d i d a s de ca-lorSerbconvectivas
y a t r a v k s d 5 La turbina e 6 j - i c a .
E l b r e a de l a v e n t a .E soabree6a d e l a p l a n t , z , . a l t a (f'achc?F
d a n o r t e )p o r
la quepuede
2
cix-e, e s c e c;.G3s.. y l a
ectrarel
d e l t i r o de l a t u r b i n a e 6 l i c a e s d e 0.242
2
.
21 &=rea de
., -
I..,-
t a n a e s 2 . 6 v e c e s m&.s p a n d e , de zqui q u e , d.e acuerdo a l a .
fica V I . 1 ,
de;
e sB r e a
que s e u t i l i z z r l .
O. 24( 1. 31)= O.
314m
l a ecuaci6nVI.7
.:I!?
2
"
&
ser&
M
ve
= 0.116*0.314 d 4 ( 2 9
M
ve
Sustituyendoestevalor
= 0.179 ra 3/ S
-
23)'
en l a ecuaci6n VI.5 obtenemos l a s
p h r d i d z s de c a l o r p o r conveccibn.
-
Qve= 1,300*0.179(29
.23)
Qve = 1,394 watts
para l a s 14 h r s . s e encuen-
S i s e hace l a suposici6nque,
t r a . r e u n i d a l a familia de c u a t r o p e r s o n a s
comiendo 6 haciendo
algún t r a b a j o l i g e r o , l a produccibn de calordebido
r& de unos 180w/persona. Asi, e l t o t a l d e lc a
a B s t o se-
o r producido p o r
los ocupantes de l a v i v i e n d a s e r & de:
En e s t a forma e l balance de c a l o r e n
puiente:
Qr= Qc,
Q,=
+
Qfs
+
Qfn
+
la vivienda e s e l si
-
Qoc - Q ve
944 + 744 + 1 5 1 + 720
Q,=
-
1,394
1,165 watts
t
!
.
A t r a v e s ¿ir- l o s r . : c u i t , a d o s
d e lb a l a n c e
de e n e r g i ar e a -
l i z a d o s a l a s V i v i e n d a s p r o t o t i g o de L a Paz i3.C. S.
L u i s P o t o s i S.L.P.
puedea-r,r.eciarseque
y san
e ld i s e ñ o ,o r i e n t a . -
c i ó n y m a t e r i a l e s de cor,strucción enpleadoscumplencon
el
p r o p 6 s i t o de mantener 2. 12s v i v i e n d a s c o n
un minino deganan
c i a s en los d i z s ' d ec a l o r
P o r ejemplo,en
que t i e n e que v e rc o n
XES
extremosos.
lz v i v i e n d ad e
La l a z ,
-
lo
g r g c i a s a l uso
de l a s p l a c a s de p o l i e s t i r e n o ( c u y a r e s i s t e n c i a a l f l u j o de
y
c a l o r e s muy g r a n d e ) y a l o s m r o s de block ( c u y ai n e r c i a
r e s i s t e n c i a tbrmica e sc o n s i d e r a b l e n e n t e
d ec a . l o r
alta)
l a s ganancias
en l a s d i s t i n t a s fachadsfs son auypeoueeas
( 2 0 1 w).
R e s p e c t o a l a techumbre, q u e cornuxrnente e s 1 2 p a r t e de 12 v&
v i e n d a donde se produce l a rr,ayor c a n t i d a d de c a l o r , e l d i s e E o hecho a bzse de c i r c u l z c i ó nc o n t i n u a
n e d o r e s de a
~ y ap o l i e s t i r e n o h a c e
de a i r e ,t e r r n o c a n t e -
q u e 6 s t . a t e n g au n a
K-rran
-
r e s i s t e n c i a a l f l u j o de c a l o r p r o d u c t o de l a r a d i a c i b n d i r e c
t a quecontinuamente
l l e g a a e s t ap a r t e
y p o r e l l o se n i D i n i
c e n las g a n a n c i a s (1,611 w).
E l disefío de l o s z l e r o s de l a t e c h u m b r et i e n e c
p o r t a n c i ae n
l a c l i n a t i z z c i ó np g s i v a
p a n i.n-
de l a v i v i e n d ap u e s
,-r&
c i z s a e s t o s no e s p o s i b l e que l a rediacibn d i r e c t a l l e , r u e a
l a s d i s t i n t a s fackztdas en l e s h o r a s de mayor c a l o r y 3 o r l o
p o r l o mismo p e r m i t e n l a er,trada d e c a l o r ,
l o c u a l va e nc o n t r ad e cl o n f o r t
E l u s o d ep i n t u r ab l a n c ae n
e h i y i e n e de l a v i v i e n d a .
l a fachadsi y t e c l i u n b r ec o l a b o r a
a que l a v i v i e n d as em a n t e n g a
c aa b s o r c i 6 n
nolvo e i n s e c t o s
a b a j a .t e m p e r a t u r ap u e s
hay p o
de la. r a d i a c i ó n solar i n c i d e n t e . L av e n t a j a
de
t e n e r un c o l o r d é b a j a .a b s o r t ! a n c i z .s ev ec l r r z , a e n t ee n
c h l c u l o de l a t e a p e r a T u r as o l - a i r e .
t a b l a de d i s t i n t o s m a t e r i a l e s
el
A c o n t i n u a c i hs e
d a una
y c o l o r e s con sus r e s p e c t i v a s
absortancias y reflectancias.
MATBRIAL
S u p e r f i c i e s Limpias
Ladrillo:
CerbicoBlanco
Colores C l a r o s
C o l o r e sO b s c u r o s
Recubrimientos
Cerhica Roja
C e r h i c E ; .B l a n c a
Aluinini o ( oxidado )
S u p e r f i c i e sS u c i z i s
Clara
Media
Obscura
Pavimentos
Asfa.lto
Concreto
Grava
Tierra
Pasto
Color
Blanco
Amsrillo Claro
A n a r i l l oO c r e
Caf 6
Azul Cobalt o
Verde S r b m o
Rojo
ABSORTANCIA
O. 25
O. 40
o. no
3dPLECTANCIA
O. 75
O. 60
o. 20
O. 65
O. 4 0
u. 35
o. 20
o. 80
O. 50
O. 80
o. g o
O. 50
o. 20
o. 10
o. g o
o.
O. 45
O. 60
10
o. 5 5
o.
87
009 3
O. 94
O. 13
O. 07
O. 06
O. 1 5
0.25
o.
c.
50
o. 7 0
9. 8 5
o.
85
o. 90
65
O. 7 5
o. 5 3
O. 30
O. 1 5
c. 15
o. 10
VerdeHierbaObscuro
o. S4
o. O b
Nepro Mate
.n.Q C
c. o4
N o t a . - El v a l o r de l o s c o l o r e s ezt51-1 d a d o s sobrc? m ? e r -
.
f i c i e s l i s s s , en o t r a s t e x t u r a sn u l t i p l i a u ee s t o s
r e s r e f l e c t a n c i a por:
P a r a s u p e r f i c i e E aediana,ne:rterugozr- S
( t i r o l planchado, aplana.do s i n
p u l i re, t c .
)
s u pPearrf ai c. i e s
nuy r u g o z a s
valo-
o. g o
O. 80
l b e n t e :S z o k o l a y
S . , Z n v i r o m e n t a lD e s i g n
Handbook y
Puppo E . . AcondicionamientoNatural
y Arquitectura.
TABLA VIII.1 A b s o r t a n c i a y R e f l e c t a n c i a . de
y Colores.
d i s t i n t o sM a t e r i a l e s
P a r a l a s p6rdidc.s de c a l o r el? l a v i v i e n d a de L a Paz e s
de v i t a l i n p o r t a n c i a l a " t u r b i n ae o l i c a "
la c u a l e x t r a e e l
l o rd e li z t e r i o r .E s t ae x t r a t c i b n
no puede s e rr e s p z l d a d a
p o r l a v e n t i l a c i 6 nc r u z a d ad e b i d o
a que l a t e m F e r a t u r ad e l
a i r e ,e n
l a epocaenque
s e r e a l i z ae lb a l a n c e
muy a l t a . p o r l o c u a lc a u s a r f am o l e s t i a se nv e z
'
Paraque
de confort.
que se hu-
medezcz e l a i r e de l a s 1 2 a las 1 8 hrs. E s t o s e p e c e
j a r d i n e se n
lopar
a t r a v e s de pa.tiossombreados
l o s c u a l e s d e b e nc o l o c a r s ez r b o l e s ,a r b u s t o s
r a s t r e r a s que puedanad-aptarse
-
termico e s
l a v e n t i l z c i 6 n s.ea. b e n e f i c a e s n e c e s a r i o
p o r m e d i od ei n d u c i re la i r e
cs
6
6
a l o e x t r e a o s o d e l clima y a
l a e s c a c e z d e l agua. l3st.a v e s e t a c i b n d e b e de s e r l o z u f i c i e ;
ternentedensa
cómo para.hurnedecer
c l i m a t i z a c i 6 n de l a v i v i e n d s .
p u e d e ns e r
elaire
y ayudzr as2 a l a
A l F n a s üe e s t a s p l a n t a s
colocsdas son: l a a l f o n b r i l l a ,
gat0 6
que
torito y el
z z c a t e . & s t a s p l a n t a s t i e n e n p o c e n e c e z i d a d de a p a y pueden
v i v i r a. p l e n o s o l . Otrz s w d r para bcmedecer e l a i r e e s c o l o
c2.r p l a n t a s en e1 i n t c r j o r p e r o n o ubicarlas donde f u n c i o n e
en forma c o n t i q u a aire zcondicionp.co.
s e rnuest.rar? a i s t i n t o s
6ptirno a l o p e e i n o .
rE:-.c-c)s
b'n l a t a b l a VIIX.11
h i p o n o n e t r l c o s quevan
de l o
RAN GO
.ib Hit
HR
ALTO
,50
5 1 a 60
BAJO
Optiao
Bueno
50
Regular
Bajo
F u e r a de C o n f o r t
4 0 a 49
30 a 39
20 a 29
Menos de 2 0
.
61 a 7 0
71 a 80
!das de 80
Fuente: Olgyay, V i c t o r , Design w i t h Climate.
RangosHigronombtricos
YABLA VIII. I1
de Confort
Hasta e l nomento e l equipo d e c z l e n t a n i e n t o deaguapor
e n e r g f as o l a r
ningunade
hz funcionado muy b i B n , no ha t e n i d o f a l l a s e n
sus p a r t e s y s eo b t i e n e
cua.da p o r l a maLanaaúncuando
agua a 1 2 t e m p e r a t u r a a d 2
e l e q u i p o e s mu s e n c i l l o p u e s
tan solo t i e n e un c o l e c t o r s o l a r plz.no y un pequeE';_o t e r n o t q
que.
Por t o d o l o a n t e r i o r , l a v i v i e n d a d e La. P z z hz f u n c i o n a
d o c o r r e c t a a e n t e y c o a 0m u e s t r e
d e ello s e obtuvounbalance
-
n e g a t i v o de c a l o r l o c u a l i n d i c a e l e n f r i a a i e n t o d e 1 2 v i v l e n
d a aúnen
las c o n d i c i o n e s mtis a d v e r s z s a e t e z p e r a t u r a y ra-
d i a c i 6 ns o l a r .D e s d el u e g o
q u e a B s t e c a l c u l o hay que a P a d i r
las g a n a n c i a sp o rc o n d u c c i o nd e b 1 6 0
los m a t e r i a l e s ,
a l a inercia t é r m i c ad e
sin embargo, e s t o no e c de t a l - n a , p i t u d cbrno
p a r a .s o b r e c a l e n t a r
12. v i v i e n d a .
plos de t i e m p o sd er e t a r d o se n
Ama
A i r e en Keposo (lO°C)
Chape de Aluminio
C o r c h o Agl oaerado
C o n c r e t o sin irrner
TBbiaue X a c i z o
T g b i a u e Hueco
Lana de V i d r i o
V i d r i o Simple
P i e d r a t i r e n 1 scst
A coqtinuacibn
al,mnos
1000
1.25
27 00
30O
2200
1 OL?U
lb00
LOO
2200
2O 0 0
se
nateria!es.
dEn ejem-
I
1% .
En l o que t i e n e que v e r c o n 13 vlviendE: de S. L.P.,
temporada de f r i o en e s t e l u g a r e s
m&s prolongada que l a de
c E l o r , ' p o r l o que l a viviendafuediseEadacon
de c a l e n t a r rn6s que l a a ee n f r i a r .
la
flnalldad
P o r e s t ar a z 6 ns eu t i l i z ó
e l rnuro Trombe que aprovecha 10s fenonenosconvectivos
c
r'orma que e l a i r e que e s c a l e n t a d o
acci6ndirecta
la
en e s t e l u g a r
de t a l
por l a
de l o s r a y o s s o l a r e s y l a r e - i r r a d i a c i ó n d e l
muro e n t r e a l a vivienda.
E l nurotambien
u t l l l z a e l tiempo
de r e t a r d o del m a t e r i a l con que e s t ac o n s t r u i d o
c a l o r acumuladoen
e s t es e al l e v a d od e s p u e s
para que e l
al interior l o
a l a v i v i e n d a en l a tern-
cual.ayuda a c l l m a t l z a r p a s i v a m e n t e
p o r a d a de f r i o .
E l c a l e n t a l e n t o de la v i v i e n d a e s apoya.da por l a toma
de l a r a d i a c i 6 n d i r e c t a s i t u a d a e a
l a techumbre. Esta torna cg
l l e n t a a l a h a b i t a c i 6 n q u e se e n c u e n t r as i t u a d a
de no s e r p o r e s t o , e s t a r e c a n a r a
a l n o r t e , que
r ~ or e c l b l r í a ninguna ganan-
c i a de c a l o r .
de esta toza de r a d i a c i b n e s t & mal c a l c u l a d a
L av i c e r a
ya quenoirnpide
l a p e n e t r a c i ó n de l o s r a y o s s o l a r e s e n
la
e 2 o c a de c a l o r según muestran l o s c $ l c u l o s r e a l i z a d o s en l a
f i p r a V1.g.
Otro de los problemas que e x i s t e e n
d e que hay u n a f u e r t e i n f i I t r a c i 6 n
do que l o s u s u a r i o st e n g a n
Qsta tome. e s
de agua l o que ha o c a s i o n g
que p a g a r constantemente e l s e l l a -
d o e i m p e r m e a b i l i z a c i b n de 6 s t el u g a r .
R e s p e c t o a l comportamiento de l a viviendaene9oca
C81Or,
e s t a s ee n c u e n t r ac o n f o r t a b l e
de
según la e x p e r i e n c i a de
1 0 s USUarios,
l o c u a l e s apoyado p o r e l b a l a n c e t b r m i c o , pues
13s gaflallcias
5.32
muy r e d u c i d a s .
Cbmo e s a e e s p e r a r s e l a s ma-
Y o r e s gananCi2S d e c a l o r s m l a s que provienen d e 1 2 techum
-
b r @ ( 1 , 1 4 7 ~ ) y de l o s ocupantes ( 7 2 0 ~ ) . Sn e l c & l c u l o d e las
pana:?cias s e hace l a . suqosi.ci6.n d e q u e e l a i r e q u e e s c a l e n t a
e n t r a a l i n t e r i o r de l a v i v i e n d a y
do en e l muro Trombeno
tampocoseconsideran
las g a n a n c i a s de c d o r p o r conducc.ibr~
debido a l tiempoderetardode
E s t od l t i m o
l o s a a t e r i a l e s de c o n s t r u c c i b n .
no causa unagana:lcia.tangrande
como para que sal
ga l a v i v i e n d a de s u rango de c o n f o r t .
E l c a l e n t a m i h t o de agua en l a v i v i e n d a de S.L.P.
gual que l a deLa
Paz ha sido s a t i s f a . c t o r i o , y los u s u a r i o s
su fu-rcionamiento. P o r o t r a p a r t e
nohantenidoproblemascon
e se v i d e n t e
-
al i
que e l u s o
de l a t u r b i n a e 6 l i c a
dado muy b u e n o sr e s u l t a d o s
para e l i m i n a r e l
en l a v i v i e n d a h a
calor i n t e r n a 6
a esta. Con e l u s o de l a t u r b i n a
paral s i x n i n i s t r a r a i r e f r e s c o
y sin l a ayuda de l a v e n t i l a c i h cruzz,Ga, s ep u e d ec l i r n a t i z a r
l a v i v i e n d a , pero a l g o muy ianportante para su e f i c i e r ! c i a e s
que l a t e c h u m b r et e n g au n ac i e r t ai n c l i n a c i b n
n ae s t ec o l o c a d ae n
y que 12 t u r b i -
l a p a r t e m&s a l t a p u e s la t e n d e n c i a d e l
c a l o r e s a subir.
A l g o que e s muy no-t,orio e n l a s d o s v i v i e n d a se s t u d i s . d a s
e s la c a r e n c i a de l u z n a t u r a l
ya que e s n e c e s a r i o s e n c i e r t a s
4
a c t i v i d a d e s como e n e l l e e r ,
coser,
e s c r i b i r u otras a c t i v i d a
d e s que s er e q u i e r ab u e n av i s i b i l i d a de l
d e r r e a l i z a r l a s afin e n plerlo d i a .
dad e s r e c o m e n d a b l et e n e r
u s o cie f o c o s par2
T
J
-
Para aule:?tar e s t a v i s i b i l i
b i 4 n 1 i . n p i o s t o d o s l o s v i d r i o s rir
-
v e n t a n a s , dornos y toaas d e r a d i a c i b u ; u t i l i z a r p l a f o n e s d e eo
lor b l a n c o y muros i n t e r i o r e s de c o l o r e s c l a r 9 s
i n c r e a e n t a r l o s n i v e l e s 6 e ilurnin::ci6n.
con e l f i n de
La. r e f l e c t a n c i a
dc.1
~
IiAiUGOS D6
I LUMI NA.CI O N
Especial
Alto
Bueno
Regular
Bajo
M
in i m 6
300
150
75
600
500
-
75
500
300
150
Fuente; How t o P r e d i c t I n t e r i o r D a y l i g h t
I l u m i n a t i o n . Libhey-Owens.
TABLA V I I I . I V Rangos de I l u m i n a c i 6 n para e l
O jo Human o.
Paraapoyar
l a i l u m i n a c i b nn a t u r a l
no dEbe o b s t r u i r s e
con v e g e t a c i h las v e n t a n a s cómo e s e l c a s o
L a Paz que t i e n eu n ap a l m e r a
de la. v i v i e n d a de
a l a entrad2 p r i n c i p a l , l a cual
obstruye l a l i b r e p e n e t r a c i b n
importante l a e l e c c i 6 n d e l t i i ; o
de l a luz n z t u r a l .
Ta:nbibn e s
de l a n p a r a en funci5:i
n e c e s i d a d e sp a r t i c u l a r e sd e lt r a b z j o
a desarrollzr.
de las
Xlgunos
t i p o s de lamparas y s u s d i s t i n t z s c a r a c t e r f s t i c z s s e d e s g l o
SS:
-
en l a tabla V I I I . V.
Para a n a l i z a r los a c i e r t o s y necesiua:i?s cis las v i v i e n -
das p r o t o t i p oe sr e c o n e n d a b l e
tocontinuodelfuncionamie.:lto
que s e establezca un s e G i m i e n y e s t z d o d e l o r ; E o u i p o s y aatz
r i a l e s de c o n s t r u c c i ó nu t i l i z a d o s
s ur e n d i a i e n t o ,e f i c i e n c i a
esposibleinstalarlos
a n i v e lm a s i v o
Cofi
y v i d aú - t i l
e np r o y e c t o s
el prOP6sito :e e v a l u a r
y 2oder deterninzr
ZE? v i v i e m d sr n u l t i f a a i l i a r
o que cazbios deben r e a l i z a r s e e n l a n a t e r i a
prima y disefíos de l o s e q u i p o se s p e c i a l e s
e f i c i e r _ t e ss i nd e s c u i d a r
sedebenevaluar
si
para. h a c e r l o s a s s
1 ~ c.c o n 6 7 F a d e l o s u s a a r i o s .
Tarnbi6n
l o s dize?..os r e a l i z a d o s para rnejorarlos o
adaptarlos a l a s d i s t i n t z s r5?iO?es
del pais,
I
I
TIPO
EFICIENCIR
MAXIMA
Lm/W
INCANDESCENTE -.:
Normal.
VIIrA
UTIL
APL I CAC I ON
Horas
22
1,000
c
?
27
CAKACTEHISTICAS
2,000
F o c i 1 I n t o 1 ac i on
Difrrent.ec, V e r s i u n e s
Encendido Instantanco
bajo Costo
Haz de L
Cuozn c e n t r a d o
Habitacional
Decorativo
Concerkrada
.
Cornpact.a
. Concentrada
. .
6 1 ta I n t e n s i d a d de L c i z
LUZ B l arca
.
F a c i l Instalscion'
FLOURESCENTE:
Tutular
I'
104
7,500
SL
PL
Alta E f i c i cCras lr i a
44
E., 0CI0
le5
E l INFONAVIT h a s i d o e l p r i a e r e l p r i m e r i n s t i t L . . t o
t i n o a a c r i c a que t i e n e un d e p a r t a a e n t oe x c l u s i v o
t i p a c i 6 n y d e s a r r o l l o de nuevosdiserios
aprovechan el. e n t o r n o n a t u r d
vienda.
en La
para L & i n v e z
y t e c n o l o g i a sq u e
para l o g r a r e l c o n f o r t
de l a
En e s t a forma e l i n s t i t u t o t i e n e p l a n e a d o l l e g h r
construirviviendásnultifamiliares
quepuedan
VL
a
l l e g a r a regu-
l a r p o r ellas rnisnas l a s g a n a n c i a s y p k r d i d a s de e n e r g i a p a sivamente, a s €
c ó n o equipoque
e lc a l e n t a m i e n t o
deagua,
u t i l i c e l a e n e r g i a solar para
y de s e r econ6micainente f a c t i b l e ,
para l a p e n e r a c i 6 n d.: e l e c t r i c i d z d enzonasconunales.
Tam-
b i e n hay p l a n e s , de i n s t a l a r p l a n t a s de tratamiento de aguas
r e s i d u a l e s para e l reciclarTiiento a l o s W.C.
y para e l r i e g o
de B r e a sv e r d e s .
Por todo l o a n t e r i o r puede a g r e c i a r s eq u e ,
s e h a preocupadopor
e l a , v a n c et e c n o l 6 g i c o
v i v i e n d a sm u l t i f a n i l i a r e s
m u e s t r ad ee l l os o n
e l INT"3NAVIT
y de d i s e E o en 12s
de i n t c r e s s o c i a l ex :d&xico, ~ 6 x 3
l a s v i v i e n d z s p r o t o t i p o d e San L u i s ?oto-
s i y de La Paz B. C. S.
A c t u a l a e n t e ya e x i s t e n v i v i e n d a s i m l t i f a a i l i z r e s l l m m
des " C o n j u n t o sE c o l 6 g i c o s "
-
en l a s c u a l e s s e hpln ir;,stalado
e q u i p o s de g e n e r a c i b n de e z e r F i a e l b c t r i c a p a ~ aIC?
alirnenta
-
c i 6 n de laxparas e n z o n a s co.2una'l_es as€ cb,no e q ~ i n o spara e l
c a l e n t a m i e n t o deaguatanbien
p o r energia s o l a r .
p o c ot i e n p oa c t i v a r
u3
la plant&
Se e s p e r ze n
t r a t z s i e n t o p=ra e l r e c i c l a -
x i e n t o d e aguas r e n i d a a l e s e n e l c c n j u n t o ecol..',yico de San
P a b l o Xalpa en e l D. F. y c o a e n z z r u? ?ro?ra'na. d e e v a l u a c i 6 n
c o m p a r a t i v oe n t r e
l o s c o s l u l r l t o s $ r z . d i c i o n z l c s y 3.0s e c o l 5 g i -
cos en e l que, a traves d e 1.0s r c s u l t s d o s ,
s e xost,-.zran l o s
a l o r r o s m o n e t a r i o s y d e c o n s x n o sue s e r e r a n 102;
zzdos a l d e r e c h o h a b i e n t e .
eauinos u t i l L
.- Radia'ci6n d i fusa.
.- B n e r p i a
.- Potenciaemisivamonocromdtica
Do
6
%A
a una t e m p e r a t u r ay , l o n g i t u d
.- Ecuaci6n
Et
GOIS
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O
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ref
P ''
O
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6
d
d'
G
PI
d
W
2
de
un cuerpo negro
de onda dada.
d e l tiempo.
.- B a d i a c i 6 n global.
.- Constante d e I l a n c k .
.- Constante solar.
.- f l a d i a c i 6 n d i r e c t a .
.- Longitud. meridional local
.- Longitud meridionzl
.- P r e s i 6 n b a r o a e t r i c a .
.- P r e s i 6 na t m o s f 6 r i c G
.-
de r e f e r e n c i a .
del h p r .
Altura s o l a r ,
.- Acimut solar.
.- 3 e c u e n c i a .
.- Constante de S t e f a n - B o l t z n m .
.- L a t i t u d del lupyar.
..,
D e c l i n a c i S a solar.
An.910 h o r a r i o .
Lon.?i tud d e onda.
CAFI TULQ I V
A
C
.- l a c t o r de
.- I n v e r s i b n
1
curvs2 aciicionzl.
del c ü j 3 i t a l e n e l a l x t c c n c n i e n t o y e x t r a
cci b n c?e enerrTia.
"_
.- C o s t o
CT
.- E n e r d ad e lf o t 6 n .
Ev
.-
Fc
.- I n t e r e s a n u a l d e l c a p i t a l . i n v e r t i d o .
.- C o r r i e n t e .de i l u m i n a c i b n ,
.- C o r r i e n t ed es a t u r a c i b ni n v e r s a .
I
IL
I
O
I
.- - C o r r i e n t e a c o r t o c i r c u i t o .
.- C o r r i e n t e d e u n i b n P-N.
.- ConstantedeBoltzman.
.- Costodemantenimiento.
sc
U
K
M
.- Ntimero de Kw e s t r a i d o ' sd e la l m a c e n a m i e n t o .
.- Costode 1 Kw p r o d u c i d op o r e l
n
sol.
Pe
P
.- P o t e n c i ad rea d i a c i 6 ni n c i d e n t e .
inc
P
max
r
a
r
e
R
R
OP
S
T
V
V
V
oc
OP
F a c t o r decurva.
.- ConstantedePlanck.
h
I
total.
.- P o t e n c i a msxirna.
.- R e n d i m i e c tdoael m a c e n a n i e n t o ,
.- E x t r a c c i 6 n d ea l m a c e n m i e n t o .
.- R e s i s t e n c ibap t i n a .
.- R e s i s t e n c i a
.- Temperatura
.- V o l t a j e .
.- V o l t a j e
--
er,
serie.
absoluta.
a c o r t oc i r c u i t o .
V o l t a j6ep t i m o
.- A ñ o s de v i d a de l a unidad
4 .- F r e c u e n c i a
.- E f i c i e n c i a
.- Z f i c i e n c i a e l b c t r i c a .
y
de a l m a c e n a n i e n t o .
.
.
.
CAPITULO
V
..
.- A r e da eclo l e c t o r .
A
.- L o n g i t u d de l a
b
soldadura.
.- C a l o re s p e c i f i c o .
.- Conductividad termica
Cp
CTA
.- Conductividad
CTC
DETU.-
d e la i s l a n t e .
termica de l a caja.
D i a n e t r oe x t e r n o
d e l tubo.
.- D i a m e t r oi n t e r n od etl u b o .
Di
.- D i s t a n c i ae n t r et u b o s .
.- Razbn d e l promediode
DTP
E
l a r a d i a c i ó n g l o b a l en e lp l a n o
h o r i z o n t a l y l a e x t r a t e r r e s t r e en e l mismo plano.
EAEC
ECU
Ep
EPA
EPC
Es
.- E s p e s o rd e la i s l a n t e .
.- E s p e s o r de l a caja.
.- E m i t a n c i ad e l a c u b i e r t a .
.- E s p e s o rd e l a placa.
.- E m i t a n c i a de l a placa.
.- E s p a c i oe n t r e
.- Espesorpromediode
ESCO.
pa
Fc
fr
G
H
Hd
l a placa y l a c u b i e r t a .
-
l a soldadura,
Espesordelcolector.
.- F a c t o r de e f i c i e n c i a de l a a l e t a ,
.- F a c t o r de e f i c i e n c i ad e lc o l e c t o r ,
.- F a c t o r deremocibri.
.- Flujo rnhsico.
.- R a d i a c i 6inn c i d e n t e .
.- F r a c c i 6 nd i f u s a de l a r a d i a c 6 n s o l a r global
en e l p l a n o
horizontal.
HFT
.- C o e f i c i e n t e
de t r a n s f e r e n c i a de c a l o re n t r ef l u i d o
y tu
bos
Hw
.- C o e f i c i e n t e
de p e r d i d a s por c o n v e c c i ó n a l nediozmbien-
te
Ia
..
-.
.- I n t e n s i d a d
'
.
m
"
"
"
'
'
,
de l a r a d i a c i ó ne n
el rnedio.
-.-
.- R a d i a c i 6 n i n c i d e n t e .
Ii
.- R a d i a c i b n r e f l e j a d a .
.- C o n d u c t i v i d a dt 6 r : n i c ad e lf l u i d o .
.- Conductividad termica d e l a s o l d a d u r ae n t r et u b o s
Ir
k
kb
k
ca.
c
.- Conductividad
C
y pla
termica d e l c o l e c t o r .
.-Largo
.- I n d i c e de r e f r a c c i 6 n .
.- N b e r o de tubos.
LO
Nm
*t
P 6 r d i d a sp o rc o n v e c c i 6 n .
PC
PECO.
Perdidas del colector.
.-
.- P b r d i d a s
PR
p o rr a d i a c i 6 n .
.- P B r d i d z s p o r r a d i a c i l j n i n f r a r r o j a .
PRI
PR1B.-
P e r d i d a s por r a d i a c i h i n f r a r r o j a e n t r e
l a cubierta y
l a b o v e d ac e l e s t e .
.- E n e r g irae q u e r i d a .
.- F l u j o de c a l o r e n t r e
Q
9,
.- C a l o rp e r d i d o .
QP
.- F l u j o d e c a l o re n t r e l a p l a c a y l a c u b i e r t a .
.- F a c t o r de t r a n s f o r m a c i 6 n de l a e n e r g i ai n c i d e n t ee ne l
a
'PC
R
p l a n oh o r i z o n t a l
Rb
R
.-
dir.d if
ref
IIH
TiT
Ii
i
R2
R3
2
4
l a c u b i e r t a y medioaabiente.
a l p l a n od e lc o l e c t o r .
R a d i a c i b ne n t r ee lp l a n oh o r i z o n t a l
R a d i a c i d nd i r e c t a ,d i f u s a
y e li n c l i n a d o .
y reflejada.
.- R a d i a c i 6 ni n c i d e n t ee ne lp l a n oh o r i z o n t a l .
.- P e r d i d a s
totales.
.- R e s i s t e n c i a
.- R e s i s t e n c i a
.- P e r d i d a s de
a l f l u j o de c a l o r d e l aislaste.
a l f l u j o de c a l o r de l a c a j a .
c a l o r p o r c o n v e c c i 6 n y r a d i a c i l j n a1 medio
a-nbi e n t e .
.- P e r d i d a s
de calDr p o r c o n v e c c i . & ne n t r e
l a placa y cu--
165.
".
l a placa y p o rt e r z i n a c i b n
b i e r t a y p o r l a r a d i a c i b nd e
.
de la cubierta.
R5
.- P e r d i d a s p o rc o n v e c c i ó n .
S
.- Promediode
y radiacibnentre
l a cubierta y
e l medioambien$e.
l a r a d i a c i b ng l o b a le n
e l - p l a n o d e lc o l e c -
tor.
Tai
-
T e m p e r a t u r ad e al i s l a n t e .
Tamb.
-
Temperatura ambiente.
Tbc
.- T e m p e r a t u r ad e
l a b o v e d zc e l e s t e .
Tca
.- T e m p e r a t u r ad e
Tin
,- T e m p e r a t u r ad ee n t r a d a .
Tpa
.- T e m p e r a t u r ad e
.- C o e f i c i e n t e sd e
l a caja.
l a placa.
p e r d i d a s e n l a p a r t es u p e r i o rd e lc o -
lector.
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.- C o e f i c i e n t e
de p e r d i d a s e n l a p 2 r t ep o s t e r i o r
lector,
'LA
.- C o e f i c i e n t e t o t a l de p b r d i d z s d . 1 c o l e c t o r .
.- C o e f i c i e n t e de p6rdidE.sen 1 2 p a r t e l a t e r a l
V
.- Volumenrnanejado
uL
Ws'
-
Velocidaddelviento.
.- A n g u l oh o r a r i o d e l a t a r d e c e re nu np l a n oh o r i z o n t a l .
.- Angulo h o r a r i od e la t a r d e c e re n un p l a n oi n c l i n a d o .
CAPITULO
Aa
Am
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Av
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del colec-
tor.
Vevi.
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d e l co-
.- Areadeentrlzdade
VI
12 v e n t i l a c i ó n .
.- A r e ad em r o .
.- Area
de techumbre.
.- A r e ad ev e n t a n a
.- D i f e r e n c i ae n t r e
IZ r a d i h c i ó nd eo n d a
laryz i n c i d e n t e
s o b r e la s u p e r f i c i e q u e p r o v i e n e d e l c i e l o y medio am-
"_
.L
biente y l a r a d i a c i 6 ne a i t i d ap o r
H
un cuerponepro
.
6
,
a la
t e m p e r a t u r aE n b i e n t e .
.- F a c t o r de e f e c t i v i d a d de a b e r t u r a .
.- E m i t a n c i ai n f r a r r o j a de s u p e r f i c i e .
.- E s p e s odr eiln a t e r i a l .
E
Ew
e
.- D i s t a n c i ae n t r e
h
l a a b e r t u r a de e n t r a d a y s a l i d a de l a
ventilaci6n.
.- C o e f i c i e n t e
hi
h
i rr
de t r a n s f e r e n c i a de c a l o r p o r a d i a c i 6 n .
d e c o n v e c c i b ne x t e r n o .
.- C o e f i c i e n t e de
hO
h
.- C o e f i c i e n t e
.- C o e f i c i e n t e
de c o n v e c c i h i n t e r n a .
oi
t r a n s f e r e n c i a de c a l o r p o r c o n v e c c i ó n y
p o r radiaci 6n.
.- Densidad d e r a d i a c i 6 n .
.- Densidad de r a d i a c i 6 ns o b r eu n as u p e r f i c i eh o r i z o n t a l .
.- Conductividad tbrrnica.
.- F l u j o de a i r e .
I
IH
K
M
.- Ganancia de c a l o r a travbs d e l muro.
Qct .- Ganancia de c a l o r
t r a v e s de l a techumbre.
Qcv .- Ganancia
c a l o r a t r a v e s de la ventana.
Qcm
a
.- Ganancia
Qcp .- Ganancia
Q f n .- Ganancia
Qfs .- Ganancia
Qve
Qrv
Qeq
.- Ganancia
.- Ganancia
de
de c a l o r a t r a v e s de l a v e n t i l a c i b n .
de c a l o r a t r a v e s de l a puerta.
de c a l o r a t r a v e s de l a fachada.norte.
de c z l o r a t r a v e s de l a fachadasur,
de c a l o r a t r a v b s de l a s v e n t a n a s p o r r a d i a c i 6 n
d e c a l o r p o r equipo.
.- Gananciadeczlorporocupantes.
SLP .- I n c l i n a c i 6 n del t e c h o .
Tzmb- - Temperatu'ra sabiente.
T i n .- T e x p e r a t u r ai n t e r n a .
Qoc
Tsa
Tsky.
-
Temperatura s o l - a i r e .
T e a p e r a t u r a d e l cielo.
Tsur.
-
Temperatura de a l r e d e d o r e s .
.- C o e f i c i e n t e
.- C o e f i c i e n t e
gl l b a l de t r a n s f e r e n c i a .de c a l o r en nuros.
g l o b a l de t r a n s f e r e n c i a de c a l o r en techum-
bre.
.- C o e f i c i e n t e
& l o b a 1 de t r a n s f e r e n c i a de c a l o r en v e n t a -
na s.
.- V e l o c i d a d
de v i e n t o .
.- A b s o r t z n c i a .
0 -
Altura s o l a r .
.- D e c l i n a c i h .
.- E m i t a n c i a d e s u p e r f i c i e .
.- E f i c i e n c i a d e motor.
.- F a c t o r
de
.- Alti tud.
ganancia d e l c r i s t a l de 12 ventana.
.- Angul o h o r a r i o.
J
1.
- Montgomery6nH.y liichard,
"Xnergfa sO18r,
aprovechamiento; LIXUSA,
2.
-
instalaci
BrinkyJorth B.
Espafía, 1981.
,
J. , l q E n e r g f a S o l a r
s e l e c c i b n d e equipo
X6xico,1986.
para e l Hombre",
H.
Blume
M u l l e r 2. S, y Kamins T. L. , " i i l e c t r b n i c a de l o s DispositiV O S p a r a C i r c u i t o sI n t e g r a d o s " ,
LIMUSA, Nexico, 1982.
3.-
4 . -C a s t e l l a n o sA l f o n s o
y Xscobedo Margarita, "La E n e r g f a So-l a r en Tll&xico, s i t u a c i 6 n y p e r s p e c t i v a s " ,C e n t r o
deEcodes a r r o l l oM
, 6 x i c o1, 9 8 0 .
5.- !tTanrique A, Jose, " E n e r g i aS o l a r ,
fundamentos y a p l i c a c i o n e sf o t o t 6 r m i c a s f ' ,
WARLA, Miliexico, 1984.
P a s s i v e S o l a r Design Handbook, Van NostrandReinhold
ny, EUA, 19 84.
6.-
7.
- Mc
P h i l l i p s M a r t i n ," V i v i e n d ac o na n e r g f aS o l a r
G i l i , Mhxico,
1985.
8.-
ChauliaguetCharles,
TBcnicosAsosciados
Compg
Pasiva",G.
" L E E n e r g i a S o l a r en l a L d i f i c a c i 6 n " ,
Espafia, 1978.
S. A . ,
9.- P a r r i n g t o nD a n i e l s ,
" U s o Directo de l a E n e r g i aS o l a r t t ,
H. Blume, BspaEa, 1982.
Ed.
10.-
T 6 s i s : l q k n & l i s i s de F a c t i b t l i d e d para l a F a b r i c a c i h de
C e l d a sF o t o v o l t a i c a s de S i l i c i o Amorfo", F a c u l t a d d e Ingen i e r i a U P T A N , Mexico, 1983.
11.-
Duffie
J.
A. y Beckman
s s e s , Wiley, EUA, 1974.
Y?.
A,, " S o l a r EnergyTherrnalProce-
12.- Sarnano Alfonso,Notasdelcursode:"Actualisaci6nenEneg
d a Solar",Teaixco,MBxico,
1986 y 1987.
13.- Perez E. J a v i e r y Juan L u i sd e lV a l l e ," C o n v e r s i b n
F'otovo&
t a i c a d e la. s n e r g i a S o l a r a l a d n e r q i a E=l6ctrica", Departa
n e n t o de I n P e n i e r i a E l h c t r i c a d e l C e 2 t r o
de I n v e s t i q a c i o - n e s d e l IPN.
14.
15.
- lSalombn
Abraham A. , " B o l e t i r l T e c n i c o de Energ3a S o l a - y Coa t e r a l e s " , .l i i r e c c i 6 n
General de Aprovecharniento d e A q a s
-
S a l i n a s y Z n e r g i a Solar, ~~kh'Qi'-CIC;;;kSL;;;, !8Xxico, 1952.
P o n e n c i a s y X o n o q r a f i a E p r e L e c t z d a s en el:
S,:-,inzrio So-bre E c o t e c n i c a s A p l i c ~ d o : . ;c l a V i v i e n d a " P L h 84, 331>'u'S,
IX'FONAVIT, Xt$xico, 1984.
16.-IIernhdezSverardo,
" A , E, 2 de 12 C l i m t i z k c i 6 nN a t u r a l
Mediante Uso D i r e c t o e I n d i r e c t o de Irz -2nerxfz S o l z r " , La
Revista S o l a r , ntimero 6, 9tol.o-Invierno,Asociácion1;acion a l de XnerP.frSolar,
Y&xico, .i383.
17.-
P a p p o r t ,P a u l ," T h eP h o t o v o l t a i cE f f e c ti n
i t s Utilitzat i o n , RCA I . a b o r a t o r i e s P
, rinceton,
EUA, 1959.
18.-
ChapinD. M., " A New S i l i c o n p-n J u n c t i o nP h o t o c e l l .
for
Converting S o l a r R a d i a t i o ni n t oE l e c t r i c a l
Power", B e l l
T e l e p h o n eL a b o r a t o r i e sI n c . ,
Murray Hill, EUA, 1954.
19.-
B u e l i n kF e d e r i q o ," E s t u d i od eF a c t i b i l i d a dT 6 c n i c a .d e l
l e n t a m i e n t od e l A m a de Uso D o a e s t i c o p o r NediodeZnergis S o l a r para l a R e p f i b l i c aX e x i c a n a " .S u b d i r e c c i hT d c n i
ca d e l INPONAVIT, FA6xico, 1985.
20.- P i t t s y Sissom,IlTransferenciadeCalor",McGraw
pot&,
Colombia,
-
Ca
Hill, Bo-
1980.
2 1 , - "El H a b i t z t y e l Sol1' SAHOP.
22,-
O. H. K o e n i p b e r g e r , ." V i v i e n d a s
y E d i f i c i o s enZonas
d a s y T r o p i c a l e s : ' PARANINFO, c ' s p a ñ a , 1977.
23.-
"Marks Idanual d e lI n g e n i e r oX e c & n i c o " ,
Graw Hill, M6xico, 1987.
8va. e d i c i h , Xc
2 4 .K
- e r nD o n a l d",P r o c e s o d
s eT r s n s f e r e n c i tdi eC z l o r l l ,
C o n t i n e n t a l , M6xi c o ,1 9 8 4 .
25.- V i r g i 1 , ' M o r i n gF a i r e s ," T e r m o d i n & n i c a " ,
f i c a , X b x i c o1, 9 8 2 ,
2d.
27.
28.-
-
"RecomendacionesBioclimaticas
"
II?FONkAVITql, Su&
p a n Cd. Ob%& Sonora", IMSS, 1988.
Tesis: "DiseTio Bioclimático", Escuela de Arquitéctura, Universidad
Autónoma de Baja California.1985
o
.Ed. UniónTipogr&-
l o s P r o y e c t o sd eI n v e s t i g a c i 6 n
d i r e c c i b nT e c n i c a ,
1485, :.l6xico.
26. --"Xernoriade
-
CAli