Simulador de trayectoria solar (heliodón bajo la teoria de la hometecia). AGGJ MGJF

HELIODÓN
3
illumination
The model presented was constructed using
A) CONCEPTO FUNCIONAL
Jean Fritche Tamiset
RESUMEN
El control del asoleamiento de edifcios requiere de un instrumento que resulta efciente y
práctico para la formación de los estudiantes
y para labores de investigación. Se trata de
un simulador físico elaborado a partir de una
consideración geométrica que permite una
representación física del posicionamiento
del sol en la bóveda celeste local y como
consecuencia, el análisis de la iluminación
de edifcios frente a las posiciones cambiantes del sol.
KEYWORDS.
Heliodon, Homotecia, solar declination, Fresnel.
INTRODUCCION
ABSTRACT
La resolución de un espacio habitado,
sano y amable, obliga a tener control sobre
las manifestaciones del ambiente natural
inmediato. La envolvente funcionando como
fltro y captador, lo cual implica Control
de asoleamiento, de la humedad, de selección de materiales de construcción y de la
ventilación natural interior. El control de
asoleamiento se planea a partir del registro
de la evolución de la posición del sol conforme va iluminando las construcciones.
Se dispone de varias herramientas para
determinar proyectualmente esta relación
sol-edifcio: Los trazos, los simuladores físicos y los softwares. Los simuladores físicos
son útiles para permitir una visualización,
con confguración real y efcaz que facilita el
entendimiento del fenómeno por parte
de los estudiantes.
Insulation control of buildings requires a
powerful and practical instrument for student
training and research. Developed physical
simulator is presented from a geometric
consideration that allows a physical representation of the sun’s position in the local
sky and therefore the analysis of behavior on
Presentar un heliodón como propuesta
alternativa a diseños observados en otras
instituciones universitarias que se visitaron, obedece a la necesidad de diseñar uno
propio. Pretende ser una respuesta a las
exigencias formuladas por los maestros de
Arquitectura y Diseño Industrial. Los modelos que fueron observados se encuentran
El modelo fue construido con elementos de
recuperación y las imágenes presentadas son
las correspondiendtes a una construcción provisional. Diseñadores Industriales aportarán
propuestas de diseño que harán factible una
construcción en serie, de mayor facilidad
de uso y de mejor aspecto. Este proyecto
nace a partir de la preocupación del Cuerpo
académico de tecnología y materiales para
la construcción (CATMC) de contar con
un laboratorio experimental para el diseño
bioclimático.
PALABRAS CLAVE
Heliodón, homotecia, declinación solar, Fresnel
30
recovery and images presented are of a temporary building. Industrial designers brought
some design proposals that will make possible
a standard construction and ease of use and
better looking. This project stems from the
concern of faculty of technology and construction materials (CATMC) to acquire an
experimental laboratory for bioclimatic design.
31
en las universidades de Cristóbal Colón
de Veracruz, Escuela Gestalt de Jalapa,
Universidad de Colima, Universidades de
Hermosillo y Baja California de Mexicali
y UAM Azcapozalco. Las fotografías que
vienen a continuación ilustran tales equipos.
En el heliodón que nos mostraron en
la UAS de Hermosillo, las trayectorias son
materializadas por aros que giran alrededor
de un eje Norte-Sur perpendicular al plano
de las trayectorias y que basculan acorde a
la latitud, de manera que la inclinación de
las trayectorias sea igual al complemento
de la latitud del lugar considerado. Cada
aro representa la trayectoria del día 21 de
cada mes. Son siete aros que consideran
los casos con un halo de luz muy reducido.
El concepto geométrico que sustenta la propuesta nuestra es el de la homotecia (Figura 1).
La aplicación consiste en establecer una
relación de homotecia entre las trayectorias
del sol y un arco de círculo construido dentro
de un plano paralelo a estas trayectorias.
Desde el centro se relaciona cada punto
del arco con una posición del sol sobre su
trayectoria aparente. La trayectoria solar se
divide en fracciones de 1/24 del largo de la
circunferencia completa, correspondiendo
a una variación angular de 15 grados. El
arco construido tendrá la misma división
a su respectiva escala. Las trayectorias
solares varían según la época del año manteniendo la relación de paralelismo entre sí.
Si conservamos el mismo arco construido lo
que va a variar es el centro de homotecia.
Analizando un ejemplo de trayectorias
solares.
En un lugar de latitud conocida todas las
trayectorias aparentes del sol están inscritas
en planos, paralelos entre sí, perpendiculares
al eje de los polos del globo terráqueo e
inclinado sobre el plano horizontal de un
ángulo igual al complemento de la latitud
del lugar considerado.
En la fgura siguiente (Figura 2) consideramos las incidencias solares de los meses
cuya trayectoria solar está representada.
AO, BO, DO y CO (incidencia solar en los
equinoccios al medio día).
Modelo Escuel Gestalt
Modelo Universidad de Sonora
Desde el punto cenital de la trayectoria
que corresponde a losequinoccios, trazamos líneas integradas al plano meridiano,
paralelas a AO, BO, CO tales como son DA’,
DB’, DC’. Podemos construir un solo aro
(arco) que corresponde a la trayectoria de
los equinoccios y desplazar el pie “o”, a lo
largo del eje norte sur, hasta encontrar las
posiciones A’, B’, C’ etc.…correspondiendo a
las fechas para las cuales se quiere verifcar
el asoleamiento. Permitiría evitar la consstrucción de tantos arcos como trayectorias
consideradas.
Para determinar los ángulos de incidencia
solar al medio día en cualquier época del
año, se utilizan unas fórmulas que son de
conocimiento común.
Ángulo de altura “x”
Seno (x) = seno (A) *seno (L)
+ coseno (A) * coseno (L) *coseno (W)
(1)
Modelo UAM Atzcaporzalco
la simetría que existe entre los meses de
enero y noviembre, febrero y octubre, marzo
y septiembre, abril y agosto, mayo y julio,
más los dos aros que Corresponden a las
trayectorias de diciembre y junio, meses de
solsticios. En el de la UAM sólo se pueden
analizar asoleamientos de 4 fechas: las
dos de los solsticios y las conjuntas de
los equinoccios con ajuste a las diferentes
latitudes. El sistema de iluminación está
compuesto por múltiples lámparas. En todos
32
Modelo Universidad de Colima
X = ángulo de incidencia
L = latitud del lugar
A = declinación solar = 23.44*seno
(360*(z-81)/365) (2)
Z = número del año (de 1 a 365)
W = 15 * (hs +/- 12)
hs = hora solar.
A las 12 del día = 0 el coseno =(0)
La relación queda así: Seno (x) = seno (A)
*seno (L) + coseno (A) * coseno (L)
Seguido se obtiene el ángulo
(x) = x (3)
arcseno
H es la proyección ortogonal de la
posición cenital del sol en el equinoccio
sobre el eje norte sur trazado sobre el plano
del horizonte.
Cada incidencia solar forma con H un
triángulo rectángulo en H cuya hipotenusa
es la línea de incidencia intersectada con
el eje norte sur en nuestro caso de fgura
tenemos así HDA’, HDB’, HDC’.
Para determinar la posición de los
puntos A’, B’, C’ utilizaremos el valor conocido
de DH y los distintos valores de los ángulos
de incidencia de sol.
Ejemplos HA’ = DH / tan (áng. DA’H),
HB’ = DH / tan (áng. DB’H), HC’ = DH /
tan (áng. DC’H) (5)
La declinación solar fue calculada con la
expresión (2), la altura al medio día según
la expresión (3)
DH = R * seno (90 – L) en este caso DH
= R * seno 68ª para la maqueta propuesta
R =45 cms.
Finalmente
HX = DH / tan (ang. DXH)
X cualquier punto del tipo A’ o B’
Habiendo determinado mediante Excel
las ubicación de los puntos del tipo AH’ para
las latitudes comprendidas entre los 15º y
los 32º, se elaboró la gráfca presentada a
continuación, cuyo uso se mostrará más
adelante.
Los puntos de intersección entre latitud
y fechas son indicativos para el ajuste del
heliodón. (Figura 3)
El HELIODÓN está compuesto de una
mesa soporte sobre la cual están instalados:
Un aro semicircular que materializa
la trayectoria solar en posición homotética
Figura 1
Figura 2
33
Figura 3
con la trayectoria solar real. Su recorrido
permite controlar la variación diurna en
horas.
Un brazo telescópico AB (Figura 4) que
gira alrededor de la rótula “A”, centro de
homotecia. “A” se desplaza, accionado con un
tornillo sin fn, sobre una línea de dirección
norte-sur. El brazo representa la dirección
de los rayos solares.
se desplazan en primer lugar la base “A”
del brazo hasta encontrar la posicion del
indicador telescopico “L” con la posicion, leida
en la gráfca, que defne: fecha con latitud
seleccionada. (Fig. 5). La gráfca se determinó por procesos combinados de cálculo y
de graftación. Posteriormente desplazando
el punto “B”, otro extremo del brazo, se obtiene la variacion en horas. La graduacion del
aro puede ser defnida con la precisión deseada. El extremo “B” del brazo termina con
una polea que da una vuelta completa por
cada variación angular de 15° sobre el aro.
Ajuste de latitud
La inclinacion del arco de trayectoria solar
permite ajuste según la latitud del lugar. El
plano que contiene el arco de trayectoria se
inclina de un ángulo igual al complemento
de la latitud. (Figura 7)
Figura 9
Los rayos lumínicos emitidos por la lámpara deben ser paralelos entre sí (semejanza
con iluminación solar) y paralelo al brazo que
En un extremo de la línea diametral
del aro está dispuesto un disco “L” (Figura 4)
que controla la inclinación del aro en función
del plano base “Soporte de maqueta” que
CONCLUSIÓN.
Figura 7
Ajuste de fecha
Figura 5
El desplazamiento de la base rotulada
del bastón (telescópico), sobre el eje norte
sur, busca la coincidencia con el punto de
la gráfca que corresponde a la latitud y la
fecha del caso estudiado. (Figura 8)
soporta la lámpara. El conjunto de incidencias solares en un día no se encuentran en
un mismo plano, a excepción del caso de los
equinoccios. El brazo por sus articulaciones
toma en cuenta estas variaciones.
Figura 4
La plataforma “soporte de maqueta”, como plano horizontal local, se desplaza unida con el punto “A” con el fn de
presentar una exposición solar acorde a la
fecha. La línea diametral del aro, el soporte
de maqueta y el punto “A” están situados
en un mismo plano.
Una vez seleccionada la latitud,
con la correspondiente inclinación del aro,
34
PROPUESTA DE UN HELIODÓN
QUE FUNCIONA CON EXPOSICIÓN SOLAR DIRECTA.
Las siguientes fotografías muestran las
partes que componen el heliodón, así como
el sistema de iluminación y la base de la
maqueta (Figura 6).
materializa el plano horizontal local. El ángulo, que forma el plano que contiene el arco
de trayectoria solar con el plano horizontal
de referencia, es igual al complemento del
ángulo de la latitud local. Se puede variar
este ángulo de acuerdo a todas las latitudes
de cada hemisferio con la precisión que se
desea.
Figura 8
Ajuste de la hora
En el desplazamiento del brazo, cada
ángulo de 15ª de girocorresponde a una
hora. La polea que gira en contacto con el
arco da una revolución completa en recorrido de los 15 grados. Una ventana sobre el
soporte de la polea permite dar una lectura
de v a r ia ción de la h or a ca da 5 m in u tos.
Figura 6
La propuesta presentada responde al
interés de desarrollar un producto nuevo
tal como era el objetivo. Cumple con su
función didáctica. El componente que representa la trayectoria de los equinoccios,
el bastón que se apoya sobre ella da imagen
de la manifestación solar en un lugar determinado, enel momento que se elija. Se
puede construir el heliodón a la escala que
se desea. Su capacidad de respuesta es
de 72 posiciones horarias registrables por
52 fechas distintas y eso en relación a las
latitudes, consideradas de grados en grados
que se aplican a la totalidad de la República
Mexicana. El sistema de iluminación que
habrá que escogerse buscará ampliar la
superfcie iluminada.
El sistema de iluminación mantiene un
paralelismo con el brazo, ya sea girando
alrededor, o alejando la fuente de luz, cubriendo una más amplia área de iluminación.
(Figura 9).
Para comprobación expuesta a una iluminación rápida del asoleamiento de un edifcio
o de una instalación solar se propone este
instrumento.
Está compuesto de una base en forma
circular que simula el plano horizontal en
su asociación con una maqueta. Se puede
realizar ya sea en cartón o en material más
durable como contrachapado o cualquier tipo
de aglomerado. Se pega sobre esta base
una gráfca que se describe a continuación:
El trazo comprende: un círculo dividido
en grados dobles. Permite su orientación
con base en un norte geográfco o magnético, para hacer posible la lectura de
ángulos acimutales. La diferencia entre
estos nortes aparece en la gráfica de
isógonas publicada en el Atlas solar de
la República Mexicana (Figuras 10 y 11).
35
sobre un plano horizontal, orientándola,
para que el extremo de la sombra del gnomo
coincida con la fecha y hora del momento,
se convierte en un indicador de norte, tanto
geográfco como magnético.
La ventaja de este simulador es que el
sistema de iluminación es el mismo sol,
que nos da una resolución de iluminación
“solar”. Los heliodones de laboratorio tienen
siempre difcultades para resolver la iluminación, que sea de luz solar de rayos
paralelos y para cubrir un área extendida.
Figura 10
Figura 14
G.Girard, A.Lentin. Géométrie Mécanique. Edit. Hachette, Paris 1966.
Figura 13
E. Hernández, A. Tejeda, S. Reyes. Atlas
Solar de la República Mexicana. Univ. Colima
y Veracruzana, Xalapa 1991.
Para tomar en cuenta la diferencia que
existe entre la hora solar y la hora legal a
partir de la longitud y de la ecuación del
tiempo, se especifca para cada 21 de mes cuál es
la corrección que se debe aplicar a la lectura
que da la sombra del gnomo (Figura 13).
La gráfca siguiente nos da los valores
de corrección impuestos por la ecuación del
tiempo (Gráfca 1).
E. González, E. Hinz, P. de Oteiza, C.
Quiroz, Proyecto Clima y Arquitectura Vol.
3. Edit. G.Gili, México 1986.
Fritche Tamiset Jean, Simulador de
iluminación solar. Rev. Hábitat sustentable
págs. 68-75 U.A.S.L.P México 2011.
Figura 11
Figura 15
Aparecen unos círculos concéntricos
que registrarán los ángulos de altura del sol
a partir de la proyección en sombra de un
gnomo ubicado en el centro del círculo, perpendicular al plano de la gráfca (Figura 11).
la iluminación solar de la maqueta con sus
efectos de sombra. De las fechas tenemos
un solo día de cada mes los 21; y de las
horas una variación de hora en hora. Como
resultado podemos simular la variación de la
posición del sol 9 horas de un día, el 21 de
cada mes. Son así 9 x 7 = 63 posiciones. Se
puede calcular los datos correspondiendo a
una fecha y una hora determinada y trazar
la posición correspondiente en la gráfca.
Luego un trazo de líneas horarias y mensuales. Se determinó con las fórmulas (1)
y (3) ya citadas. La sombra del gnomo se
desplazará sobre la gráfca.
Gráfca 1
La
Figura 14 muestra el funcionamiento del heliodón.
La imagen (Figura 15) muestra un ejemplo de evaluación de sombreado.
Figura 12
36
Sobre una base plana se colocan la maqueta y el heliodón asegurando un paralelismo entre los nortes (sea magnético
sea geográfco) de ambos. Frente al sol se
inclina la base hasta llevar la extremidad
de la sombra del gnomo en coincidencia
con punto de la gráfca que defne fecha
y hora para las cuales queremos visualizar
BIBLIOGRAFÍA
http://w3.puertos.es/es/ayudas_navegacion/introduccion.html
Asociación Internacional de Señalización Marítima (AISM/
IALA)
www.heliodon.com.mx
B) CARACTERÍSTICAS DE LA
ILUMINACIÓN.
Luis Guillermo Tirado Pruneda
INTRODUCCIÓN
Cuando hablamos de un sistema
de
iluminación hacemos referencia a todos
los agentes físicos que intervienen en el
Este heliodón, de fabricación muy
proceso y a la acción de iluminar un área
económica, permite obtener una información con un objetivo específco.
de asoleamiento sufcientemente precisa
El objetivo del sistema de iluminación del
para la toma de decisión en el diseño arquitectónico e instalaciones solares. Además de proyecto del Heliodón de la UASLP es simular
los efectos de la trayectoria del sol respecto
permitir la visualización tridimensional de
los efectos de sombras lee simultáneamente a una edifcación en un punto específco.
Dentro de los efectos de iluminación se
las coordenadas solares del momento esbusca
cogido. Colocando la gráfca sobre un plano
producir una simulación que represente de
horizontal y orientándola hacia el norte
la manera más real el comportamiento que
(con brújula hasta el norte magnético) se
tiene el Sol.
transforma en un reloj solar. Conociendo
la hora desde un reloj, instalada la gráfca
Este proyecto tiene su fundamento en la
Cada lugar de latitud diferente requiere
la elaboración de la gráfca correspondiente.
37
las fuentes de luz seleccionadas no
presentan
los requerimientos técnicos necesarios para
tener un buen ejercicio de experimentación.
Las características de las fuentes de iluminación no son sufcientes para proyectar
un haz de luz consistente, amplio y de una
METODOLOGÍA.
intensidad que permita una apreciación
adecuada de los contrastes entre las áreas
La simulación es una técnica para realizar iluminadas y las áreas con sombra.
un proceso de experimentación. Esta se basa
En la siguiente ilustración se observa
en representar de la forma más objetiva y
real un fenómeno, teniendo previamente una y se expresa la problemática. En el detalle “A” apreciamos que la luz se proyecta
total compresión del fenómeno a simular.
de una forma cónica y no paralela. En el
La metodología para la determinar las
detalle “B” se demuestra que el área de
características ideales para la confgurailuminación no cubre las dimensiones de
ción apropiada del sistema de iluminación
la maqueta y por lo tanto la iluminación se
del Heliodón de UASLP se demuestra en el
presenta en dos intensidades que son muy
siguiente esquema.
notorias. En el detalle “C” se puede percibir
que existe un contraste pobre de entre las
áreas de sombra y las áreas que deberían
estar iluminadas.
apreciación y en el análisis del comportamiento entre la trayectoria del Sol durante
el año y un cierto diseño arquitectónico.
Se hace la referencia hacia la apreciación
porque es un proyecto destinado al área
académica y docencia.
del sol.
El diámetro del área iluminada deB.
berá de ser de aproximadamente 60 cm2,
área máxima necesaria para poder colocar
una maqueta en el Heliodón de la UASLP.
Esto con el fn de que se ilumine toda el
área que abarque la maqueta y se puedan
apreciar todos los efectos de la simulación.
En las siguientes ilustraciones ( 3,4,5,)
se demuestra el comportamiento de los
rayos de luz según el caso.
C.
La intensidad de la luz deberá de
ser sufciente para que a un nivel de apreciación visual humano, se pueda diferenciar
notablemente entre los contrastes de las
áreas iluminadas y las áreas con sombra.
Para resolver el problema (A) del paralelismo de los rayos, el Ing. Jean Fritche
Tamiset propuso el uso de un lente Fresnel.
Dicho lente Fresnel está diseñado para focalizar rayos de luz de una manera paralela
a gran distancia. Una de sus características
más relevantes es que sus dimensiones le
permiten reducir su ancho en relación a
otros sistemas de focalización paralela.
Este tipo de lente lo encontramos en
muchas aplicaciones como proyectores, pantallas de televisión, lámparas de teatro y en
los faros marítimos, entre otras aplicaciones.
Ilustración 3
Efecto natural del sol.
Para efecto de este proyecto se utilizó
un lente Frensel de un área de 30 cm2 . Se
obtuvo de un retroproyector de cuerpos
opacos.
Esquema 1. Metodología. Fuente: Propia.
DETECCIÓN DE LA
PROBLEMÁTICA
Los sistemas de iluminación empleados en todos los heliodones no simulan
felmente las características que tienen los
rayos del Sol. Estos presentan la siguiente
problemática:
El haz de luz emitido por la fuente de
luz presenta una forma cónica, es decir, que
los rayos de luz se proyectan diagonalmente
cuando los rayos de luz del Sol son paralelos.
Esto representa un problema porque las
sombras se proyectan de una manera irreal
y no se aprecia el comportamiento natural
que tendrían las mismas.
Otra situación que es muy notoria es que
38
Ilustración 1. Problemática del Heliodón
de la Universidad de Hermosillo
DESARROLLO
Propuestas de solución.
Para resolver las tres problemáticas
presentes anteriormente descritas se propone la siguiente hipótesis:
Consiste en desarrollar y confgurar un
sistema de iluminación que simule felmente
las características naturales que presenta
el sol, a través de productos y sistemas
existentes que se encuentren en el mercado.
El sistema de iluminación confgurado debe
de presentar los siguientes requisitos:
A.
Los rayos de luz deben de ser
proyectados de una manera cilíndrica, para
que se simule el paralelismo de los rayos
Ilustración 4
Sistema de simulación Heliodón convencional
Ilustración 2
Corte transversal, (1) Fresnel,
En relación a las problemáticas B y C,
se pueden resolver implementando otras
fuentes de iluminación que sean de mayor
potencia luminosa (lúmenes) y mayor intensidad lumínica (candela). Dentro del
39
EXPERIMENTO.
Objetivo
A través de la experimentación con distintas fuentes luminosas, poder determinar
cuál de las opciones presentes cumple mejor
con los siguientes requerimientos
•
Mayor área de iluminación.
•
Mejor intensidad de la luz para una
mejor defnición de las sombras.
•
Mayor rango de perpendicularidad
de los rayos de luz entre distintas distancias.
Estos aspectos se determinarán a través
de la apreciación visual y medición de los
efectos presentados.
Descripción.
Ilustración 5
Sistema experimental de simulación del Heliodón de la
Facultad del Hábitat, U.A.S.L.P.
mercado comercial se detectaron sectores
comerciales que presentan productos y
sistemas que teóricamente pueden ser
funcionales para el proyecto. En la tabla 2
se demuestra los sectores analizados, con
sus ventajas y desventajas.
Se colocó sobre la pared una hoja de rota
folio que contiene un gráfco con circunferencias impresas a manera de objetivos que
van desde los 5 cm hasta 60 cm de
diámetro.
Sobre una mesa móvil se colocó una
gráfca, donde se colocó una plataforma
donde se empotra el lente Fresnel y una
“L” de madera donde se coloca una base de
foco.
plástico con la instalación para colocar un
Se decidió empezar la experimentación
El centro del lente Fresnel se
con el sector comercial/hogar, ya que existen
encuentra
un gran variedad de productos en cuanto
dirigido al centro de las circunferencias en
a sus dimensiones, fuentes de luz y coste
la pared, por lo que dicho lente Fresnel no
accesible.
se debe de mover, siendo que la instalación
del foco es la que se recorre hacia el frente
o hacia atrás para encontrar la distancia
focal adecuada.
La mesa donde se encuentra toda la
instalación fue montada sobre una superfcie
móvil para poder alejar y acercar el haz
de luz hacia los objetivos y demostrar los
efectos de éste. Se tomaron mediciones a
distintas distancias 30, 60 ,90 y 120 cm.
Sobre los objetivos en la pared se colocó
un cuadrado regular con un área de 10 cm2
. Éste se instaló al centro de los objetivos,
alejado 5 cm de la pared, con la justifcación
de que de esta manera se generaría sombra
y ésta podría ser medida para demostrar la
perpendicularidad de los rayos, si la sombra
se mantiene con un área de 10 cm2.
Ilustración 7 Lente Fresnel y fuente de luz.
La disposición de los elementos del experimento simula la posición del sol a las
12:00 hrs. del día, cuando se encuentra
en su zenit, formando un ángulo de 90°
respecto al suelo.
Descripción de la ilustración 6.
A.
Demuestra la trayectoria de la
fuente de iluminación para determinar la
distancia focal de cada foco respecto al
lente Fresnel.
B.
Son las distintas distancias
(30,60,90,120 cm) en las que se capturaron los datos.
C.
Superfcie con circunferencias marcadas cada 5 cm para apreciar el diámetro
del área iluminada.
D.
Objetivo con un área de 10 cm2
que es iluminado y proyecta una sombra
para determinar el paralelismo de los rayos
de luz.
Tabla 3 Tipos de focos utilizados.
Ilustración 8 Circunferencias para medición del diámetro
del área iluminada.
Tabla 2 Análisis de los sectores comerciales.
40
Ilustración 6 Diagrama del experimento.
Ilustración 9, Objetivo para la
generación de sombra
41
Tabla 3, Tipos de focos utilizados.
Tabla 5, Resultados.
adecuado para mantener los rayos de luz
perpendiculares, sin embargo dado que el
lente utilizado en este experimento formaba
parte de un retroproyector (no específco para
la aplicación en un heliodón de esta naturaleza)
es importante mencionar que se podría seguir
experimentando con otro tipo de lente Fresnel
que presente otra confguración, ya que el
utilizado está diseñado para un funcionamiento
efcaz en una distancia distinta a 50 cm.
Tabla 6 Tabla de resultados.
Tabla 4 Formato de captura de datos.
Tabla de resultados (ejemplos):
RESULTADOS
A continuación se presentan los criterios
de evaluación para defnir cuál de las fuentes
de iluminación es la más apropiada. Se
toman en cuenta tres parámetros con sus
respectivos valores: malo (1), regular (2)
y bueno (3).
Proyección paralela de la sombra
A.
en relación al objetivo iluminado.
42
Homogeneidad del haz de luz sobre
B.
la superfcie.
Mayor defnición de contraste entre
C.
la proyección de la sombra del objetivo y la
zona iluminada.
CONCLUSIONES FINALES
El foco que mejores resultados obtuvo fue
el número dos, de 50 watts de cabeza esmerilada. Mostró siempre una uniformidad entre
el paralelismo de las sombras, en relación al
distanciamiento de la fuente de luz. Se pueden
buscar más opciones de fuentes de luz, según
los resultados las características deseables de
los posibles focos, que requerirían tener una
potencia mayor a 50 w y menor a 250 w; el
cuello del bulbo tendría que ser cónico con
un acabado metálico en los costados para
dirigir la luz; la cabeza del bulbo podría ser
difusa para evitar la proyección del flamento
sobre el objetivo que va a ser iluminado y el
diámetro de la cabeza del bulbo tendría que
ser mayor a los 6 cm presentados, alrededor
de 12 ó 16 cm.
Sin el uso del lente Fresnel, después de los
50 cm de distancia entre la fuente de luz y el
objetivo, la proyección de la sombra siempre
fue paralela. Antes de los 50 cm (49 a 0 cm),
la sombra se proyectó de manera errónea.
Ilustración 10 Foco General Electric 50 Watts, haz concentrado, Halógeno.
BIBLIOGRAFÍA
Sol y diseño. Ernesto Puppo, Giorgio
Alberto Puppo.
Sol luz y viento. G.Z. Brown.
El uso del lente Fresnel resulta por tanto
43
C) CARACTERÍSTICAS FORMALES
Y TÉCNICAS.
Juan Carlos Gámez Nieto
con el principio tecnológico desarrollada por
el Ing. Jean Fritche Tamiset, que cumpla con
las características técnicas y funcionales necesarias para llevar a cabo una simulación
RESUMEN
de la trayectoria solar correcta, logrando
obtener una herramienta didáctica para un
laboratorio ambiental y conocer de manera
práctica los asoleamientos en las maquetas
En la actualidad una de las preocupaciones
de la sociedad es el ahorro de energía y es
importante mencionar que parte importante
de esta energía, es la que se consume en
las edifcaciones donde el hombre desarrolla
múltiples actividades.
El buen aprovechamiento, así como evitar los
asoleamientos que afecten los espacios que
requieran de un nivel de confort adecuado,
va a depender de la habilidad en el diseño,
la elección de materiales de construcción y
la orientación de los espacios.
Al atender dichos aspectos, se optimizará el
consumo de energía y los niveles de confort
serán los apropiados para que las actividades
que se desarrollen en estos espacios sean
satisfactorias para los usuarios. Para conseguir
esto es necesario comprender, calcular y poder
simular las trayectorias geométricas solares
en el diseño de los espacios arquitectónicos.
Para que arquitectos y profesionistas puedan
calcular los asoleamientos a los que están expuestas sus edifcaciones, las gráfcas solares
constituyen una buena herramienta, ya sean
ortogonales, estereográfcas o equidistantes,
pues con la información que de ellas se obtie-
y modelos a escala de futuras edifcaciones.
PALABRAS CLAVE.
Heliodón, simulación solar, herramienta didáctica, laboratorio ambiental, diseño, confguración.
ABSTRACT
Currently one of the concerns of society is
saving energy and important part of this is
consumed in buildings where man develops
his multiple activities.
The good use of solar energy and excess
sunlight affecting areas to increase comfort
esoteric affecting living spaces , depends
on the skill of the architect who must choose of together properly orient building and
construction according to solar position at
all times.
To achieve this use of solar energy , it must
be possible to understand , calculate and
simulate power solar geometric paths in the
design of the spaces.
ne, se pueden realizar diseños siguiendo un
criterio basado en la geometría solar. Como
complemento didáctico y práctico, es necesario un artefacto que sea capaz de simular
Solar graphs are a good tool -whether orthogonal representations , or equidistant ,
stereographic , to make building designs . In
addition , practical training in architectural
education , we need a device which is capable
el asoleamiento de forma artifcial en dichas
edifcaciones, en un día y hora en particular.
of simulating the sunlight artifcially in such
buildings , on a particular day and time .
Esta herramienta llamada Heliodón es un
auxiliar importante para que el estudiante de
This artifact is an important aid for the student of architecture and related careers to
develop their projects using the criteria of
solar geometry , it can be achieved with
adequate levels of comfort and thus ensure energy savings today is a responsibility
arquitectura y carreras afnes pueda desarrollar sus proyectos aplicando los criterios de la
geometría solar, logrando niveles adecuados
de confort y por ende, garantizar el ahorro de
energía que hoy en día es una responsabilidad
primordial, ya que va íntimamente relacionada con la preservación del medio ambiente.
De esta manera se planteó como objetivo el
confgurar un dispositivo de simulación solar,
44
critical because it is closely related to the
preservation of the environment .
Thus arose the objective of setting up a
solar simulation device , with technological
principle developed by Mr. Jean Fritche Ta-
miset , which comply with the technical and
functional characteristics necessary to carry
out a simulation of the solar path correct ,
achieving and obtain a teaching tool for an
environmental laboratory and practical know
the asoleamientos in models and scale models
of future buildings .
KEY WORDS
Heliodon, solar simulation, teaching tool, environmental laboratory, design, confguration.
INTRODUCCIÓN
Un heliodón o simulador de trayectoria solar
es un dispositivo mecánico que permite la simulación de la posición del sol o de su trayectoria
para una determinada condición espacial o temporal. El dispositivo sirve para evaluar el efecto
de esta trayectoria en modelos físicos arquitectónicos o urbanísticos de un proyecto en estudio.
El simulador solar permite una visión tridimensional del comportamiento del sol frente a
los edifcios, aunque implica la construcción de
modelos ó maquetas.
Cualquier modelo de heliodón implica la
construcción de una fuente de luz artifcial
que simula la acción del sol. Esta fuente, fja
o móvil, se relaciona con el resto de la instalación destinada a ubicar las tres variables de
la geometría solar: La latitud
Heliodón de Colima, aceptado en más de 30
Universidades de México.
“Es posible simular el comportamiento del proyecto con
variaciones horarias en los días más comprometidos de
invierno y verano (22 de junio, 22 de diciembre) y durante los equinoccios (21 de marzo, 23 de setiembre).”3
Existen una gran diversidad de tipos,
prototipos y modelos de simuladores de
trayectoria
solar, los cuales se suelen clasifcar de
manera
siguiente:
a) De fuente luminosa movil y modelo fjo.
b) De fuente luminosa y modelo móviles.
c) De fuente luminosa fja y modelo movil.
(Determina los ángulos de posición solar
en relación al lugar); el día del año (determina el ángulo de declinación solar en ese
día) y la hora del día (determina los ángulos de posición solar para cada hora del día).
TIPOS DE HELIODÓN
Heliodón de la Universidad De Sonora
“Es un instrumento capaz de simular la trayectoria del
sol en distintos momentos del año, a distintas horas y en
distintas latitudes. confguraciónSu utilización principal
reside en el estudio del asoleamiento1 de un edifcio o
área urbana por medio de modelos o maquetas.”
“Sirve de manera práctica para ensayar distintas orientaciones y disposiciones durante la etapa de proyecto.”
Después de un estudio en relación al
Heliodón se lograron detectar los problemas que presenta al ser utilizado como
herramienta de aprendizaje didáctico en las
Universidades y Centros de Investigación.
A continuación se presenta una gráfca
que explica de manera clara los problemas
de diseño a los cuales se les deberá dar una
solución adecuada, para que la necesidad
que
45
desde un inicio se marcó, sea cubierta al
100%.
al unifcar los conocimientos tecnológicos
y las aportaciones que el diseño industrial tiene en un dispositivo de este tipo.
CONCEPTO FORMAL EXPRESIVO.
•
Deberá expresar profesionalismo.
•
Tendrá que refejar modernidad.
•
Formas sobrias .
•
Se utilizaran texturas en zonas
indicativas.
•
tes.
Colores neutros y tonos contrastan-
•
Deberá identificarse como he rramienta de aprendizaje.
CONCEPTO FORMAL FUNCIONAL
Y DE USO.
•
Tendrá una fuente de luz móvil.
•
Contará con un área amplia para
modelos a escala.
•
Contará con señales indicativas
para su uso.
•
Se utilizaran gráfcas para indicar
latitud, fecha y hora.
•
Tendrá un desarme sencillo, para
su transportación.
CONCEPTO TECNOLÓGICO.
Los problemas detectados para la confguración de un dispositivo de simulación
solar y que sirva de herramienta didáctica de
a-prendizaje, al ser dispositivos tecnológicos,
se descuida el aspecto del usuario y su
función, lo que provoca que el alumno no
pueda manipularlo adecuadamente, ya que
no identifca para que se utilice cada mecanismo y por consecuencia el entendimiento
sobre la geometría solar en el alumno es
mínima, ya que resulta confuso visualmente.
El sistema de luz que se usa en la mayoría de los Heliodones es muy defciente
en potencia y en diámetro de zona iluminada, lo que limita el estudio a la construcción de modelos a una escala especifca.
El posicionamiento de las maquetas
resulta complejo, ya que a pesar de que
tiene una zona específca destinada para
46
El concepto tecnológico es muy importante de señalar, puesto que es la parte en la
que el Ing. Jean Fritche Tamise proporciono
un principio tecnológico único para simular
la trayectoria solar.10
•
Deberá corresponder a las características tecnológicas ya establecidas en
conjunto con el Ing. Jean Fritche Tamiset
colocarlas, se omite señales indicativas que
señalen en qué posición y en qué área de
toda la base se colocan los modelos.
Su construcción generalmente es de
manera genérica, es decir se adaptan partes
de otros equipos, o materiales no adecuados,
lo que provoca que los Heliodones sean de
una calidad defciente y por consecuencia no
cumplan su función adecuadamente, que es
la de simular la trayectoria solar y explicar la
misma de manera visual para que el alumno
comprenda la importancia de este estudio.
Dispositivo de simulación de trayectoria
solar que sirve de herramienta didáctica de
aprendizaje en la formación de arquitectos.
Se dejan de lado aspectos como el mantenimiento, armado y transporte, generando siempre dispositivos de dimensiones
enormes y que ya instalados difícilmente
se pueden cambiar de espacio y darles un
buen mantenimiento.
La confguración de este elemento se
conseguirá mediante un trabajo en conjunto
con investigadores especializados, específcamente con el Ing. Jean Fritche Tamise
que colabora como proveedor de un principio
tecnológico para desarrollar este producto.
Simulación de proyección de rayos del sol sobre
maqueta en heliodón.
Imágenes extraídas de la página del American
Institute of Architects
•
Tendrá que contar con materiales
comercializados en SLP
•
Los mecanismos utilizados serán
elegidos serán de la máxima calidad posible
•
Los procesos constructivos y sistemas de manufactura deberán estar en SLP.
La totalidad del proyecto se logrará
47
ASPECTOS FUNCIONALES
ASPECTOS FORMALES
REQUISITOS
48
PARÁMETROS
REQUERIMIENTOS
REQUISITOS
PARÁMETROS
REQUERIMIENTOS
49
.
ASPECTOS TÉCNICOS.
REQUISITOS
50
PARÁMETROS
REQUERIMIENTOS
51