26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea...

10
 Modelo de ventilación inducida para la vivienda en clima cálido húmedo: sistema chimenea solar H. Pérez 1  J. Flores 2  A. López 3  1  División Académica de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, e-mail: [email protected] m, web: http://www.ujat.mx Arquitecta por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Maestra en Arquitectura por la Universidad  Nacional Autónoma de México. Actualmente Profeso r-Investigador de la Licenciatura en Arquitectura de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco y Estudiante del Doctorado Interinstitucional en Ingeniería de la Universidad Juárez Autónoma de Durango. Miembro de Cuerpo Académico UJA- CA222 “Arquitectura y Tecnología Ambiental”.  2  División Académica de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, e-mail:  jorge.andiamo.gia@g mail.com, web : http://www.ujat.mx Arquitecto por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Maestro en Arquitectura por la Universidad  Nacional Autónoma de México. Actualmente Profes or-Investigador de la Licenciatura en Arquitectura de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Miembro de Cuerpo Académico UJA- CA222 “Arquitectura y Tecnología Ambiental”.  3  División Académica de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, e-mail: [email protected] , web: htt p://www .ujat.mx Maestra en Arquitectura por la Universidad Autónoma de Yucatán. Doctora en Arquitecta por la Universidad  Nacional Autónoma de México. Actualmente Profes or-Investigador de la Licenciatura en Arquitectura de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Miembro de Cuerpo Académico UJA- CA222 “Arquitectura y Tecnología Ambiental”.  RESUMEN Habitualmente residimos en viviendas construidas sin un estudio previo de las condiciones geográficas y la orientación. En el clima cálido húmedo, tal situación trae como consecuencia la incomodidad térmica manifestándose como sensación de calor. El movimiento del aire tiene un papel muy importante dentro del  proceso de enfriamie nto. La ventilación es la técnica más e fectiva para extrae r el calor no deseado de un edif icio. El objeto de estudio de ésta investigación es el Sistema Pasivo Chimenea Solar, como generador de ventilación inducida. El propósito consiste en estimar la eficiencia de un modelo derivado del sistema chimenea solar que contemple la geometría y la selección de materiales, a través del flujo de ventilación por inducción de un espacio habitable emplazado en clima cálido húmedo. Se plantea su diseño, construcción de modelos a escala, realización de cálculos y construcción a escala real. Proporcionándose con esto una alternativa de acondicionamiento pasivo. Palabras Clave: Chimenea solar, sistema pasivo

Transcript of 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea...

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 1/10

 

Modelo de ventilación inducida para la vivienda en clima cálidohúmedo: sistema chimenea solar

H. Pérez1  J. Flores2  A. López3 

1  División Académica de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, e-mail:[email protected], web: http://www.ujat.mxArquitecta por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Maestra en Arquitectura por la Universidad Nacional Autónoma de México. Actualmente Profesor-Investigador de la Licenciatura en Arquitectura de laUniversidad Juárez Autónoma de Tabasco y Estudiante del Doctorado Interinstitucional en Ingeniería de laUniversidad Juárez Autónoma de Durango. Miembro de Cuerpo Académico UJA-CA222 “Arquitectura y Tecnología Ambiental”. 

2  División Académica de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, e-mail: [email protected], web: http://www.ujat.mx

Arquitecto por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Maestro en Arquitectura por la Universidad Nacional Autónoma de México. Actualmente Profesor-Investigador de la Licenciatura en Arquitectura de laUniversidad Juárez Autónoma de Tabasco. Miembro de Cuerpo Académico UJA-CA222 “Arquitectura yTecnología Ambiental”. 

3  División Académica de Ingeniería y Arquitectura, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, e-mail:[email protected], web: http://www.ujat.mxMaestra en Arquitectura por la Universidad Autónoma de Yucatán. Doctora en Arquitecta por la Universidad Nacional Autónoma de México. Actualmente Profesor-Investigador de la Licenciatura en Arquitectura de laUniversidad Juárez Autónoma de Tabasco. Miembro de Cuerpo Académico UJA-CA222 “Arquitectura yTecnología Ambiental”. 

RESUMEN

Habitualmente residimos en viviendas construidas sin un estudio previo de las condiciones geográficas y laorientación. En el clima cálido húmedo, tal situación trae como consecuencia la incomodidad térmicamanifestándose como sensación de calor. El movimiento del aire tiene un papel muy importante dentro del proceso de enfriamiento. La ventilación es la técnica más efectiva para extraer el calor no deseado de un edificio.El objeto de estudio de ésta investigación es el Sistema Pasivo Chimenea Solar, como generador de ventilacióninducida. El propósito consiste en estimar la eficiencia de un modelo derivado del sistema chimenea solar quecontemple la geometría y la selección de materiales, a través del flujo de ventilación por inducción de un espaciohabitable emplazado en clima cálido húmedo. Se plantea su diseño, construcción de modelos a escala,realización de cálculos y construcción a escala real. Proporcionándose con esto una alternativa deacondicionamiento pasivo.

Palabras Clave: Chimenea solar, sistema pasivo

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 2/10

 

INTRODUCCIÓN

Dentro del pensamiento evolutivo de preservar el medio ambiente han surgido diferentesenfoques, cuya evolución declina en el concepto de Desarrollo Sustentable. Definido en elinforme histórico de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo comosatisfacción de las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futurasgeneraciones para satisfacer sus propias necesidades (ONU, 1987). En esta perspectiva, seincluye el edificio energéticamente eficiente desde un aspecto operacional. Es aquel que tienela facultad de obtener un ahorro energético, durante la vida útil, implementando diversastécnicas alternativas, ya sean pasivas o activas. Sin embargo la solución no puede sergeneralizada, el emplazamiento de la edificación presenta características propias tales como

factores climáticos, biológicos, culturales y tecnológicos, que son determinantes a la hora de plantear respuestas.El manejo de la forma en el diseño arquitectónico, depende en gran medida de la conjugaciónde los materiales utilizados en el edificio, de esta manera los elementos que forman parte de laenvolvente tienden a cobrar importancia en el momento en que estos actúan como el medio deenlace entre el ambiente interior y el exterior del edificio. Entendiéndose por envolvente deledificio a los muros exteriores y el techo.En años recientes la concepción de una envolvente desde el punto de vista hermético se havenido transformando, los edificios concebidos bajo este esquema con el transcurrir de losaños, han demostrado tener grandes consumos energéticos debido a los requerimientos deenfriamiento y calentamiento.

Desde el punto de vista de la arquitectura, el diseño de edificios eficientes implementa a partirde bases técnicas y tecnológicas, lo que antes esbozaba la arquitectura vernácula, busca lainteracción arquitectura-medio ambiente. Por ejemplo, si la práctica constructiva se lleva acabo en una zona lluviosa, las soluciones estaban sujetas a impedir la penetración de la lluviaal interior de la construcción, aunado a esto se tomaban en cuenta otras variables tales como latemperatura y la humedad. En el caso de zonas lluviosas y temperatura alta las construccionestendían a ser ligeras, buscando el resguardo y la frescura al interior, por el contrario en zonascon lluvias abundantes y temperaturas bajas tendían a ser pesadas y abrigadoras.El sitio de estudio de ésta investigación es la ciudad de Villahermosa, Tabasco, que porencontrarse en la franja costera del sureste de nuestro país, presenta un clima cálido-húmedo.Cuenta con vasto sistema hidrológico, conformado por ríos y lagunas. Aquí se manifiestan

temperaturas en promedio de 36°C en la época calurosa, con máximas de hasta 42°C; el rangode humedad relativa promedio es del 55% al 65% (Servicio Meteorológico Nacional, 2011).Aun considerando el factor de aclimatación de la gente a éstas condiciones, la mayoría de lasviviendas ubicadas en clima cálido húmedo presentan problemas de incomodidad térmica, acausa de su diseño. El viento se mueve a velocidades bajas, manteniéndose en dos direcciones

 predominantes, Noreste y Sureste (García, 1995). Estos datos establecen que las edificacionesrequieren de enfriamiento. En general los edificios presentan una tipología subyugada por lagran cantidad de equipos de aire acondicionado que se sitúa en las fachadas.  De acuerdo con Calvillo la mayoría de las viviendas en México no están diseñadas por unarquitecto; están planeadas por los usuarios con el apoyo de un albañil. Por otro lado laruptura con la arquitectura tradicional no permitió la continuidad del quehacer arquitectónico

de tal forma que se conservaran formas, materiales y detalles arquitectónicos, producto de surelación con el medio natural, tradición cultural, paisaje y recursos locales. Así mismo en la

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 3/10

 

actual arquitectura mexicana, incluyendo no solo la elaborada por arquitectos, se distinguen

soluciones simples generalmente en forma de cubo, con techos planos de concreto a muy bajaaltura, ventanas grandes y horizontales, muros de bloque de cemento y la fachada principalorientada a la calle (Calvillo Unna, 1999).Aunado a lo anterior, la ciudad de estudio se enfrenta actualmente a condiciones limítrofes y

 principalmente a la disponibilidad de tierra firme, por lo que se rellenan lagunas y vasosreguladores, para atender la necesidad de espacio. Consecuentemente la vivienda sustituyeespacios destinados a la ventilación, por sitios cerrados y acondicionados artificialmente en elmejor de los casos, presenta incomodidad térmica debido a los altos índices de temperatura yhumedad relativa, lo que conlleva al uso de equipos mecánicos para la refrigeraciónrepercutiendo en el gasto energético y la economía del usuario.¿Pero qué es lo que se puede hacer arquitectónicamente, como solución al problema térmicode la edificación?De acuerdo con la Arquitectura Bioclimática como respuesta a éste escenario, debe hacerseuso de una técnica pasiva de ventilación que proporcione comodidad térmica al usuario y no

 propicie el consumo de energía no renovable. La palabra pasivo se refiere a que en todos loscasos la energía transferida para y desde el edificio, se da por medio de un proceso natural,

 por conducción, convección y radiación. Está formado por los elementos del edificio,actuando de manera conjunta a través de los procesos naturales, absorbiendo y emitiendoenergía. Y de esta manera lograr que en el interior se den las condiciones de comodidadtérmica para los habitantes, recurriendo con menor frecuencia al uso de los equiposconvencionales de climatización. Consiguiendo que en el interior del edificio se den las

condiciones de comodidad térmica para sus habitantes (Sámano, Morales, & Morillón, 1997).Para poder proyectar con soluciones pasivas se requiere del conocimiento pleno de lascaracterísticas del clima de la localidad y del emplazamiento específico de la obra, aspectosque inciden directamente en el confort térmico del usuario. Lo que influye en la toma dedecisiones para la selección del sistema pasivo.La sensación de enfriamiento, en el ser humano, se da en la superficie de la piel. Por lo tantoel movimiento del aire representa un factor importante en este proceso. Sin embargo, en estelugar el viento se mueve a velocidades bajas, en ocasiones menores a 0.25 y de acuerdo con laescala Beaufort se trata del rango de velocidad definido como calmo.Atendiendo a estas condicionantes la investigación tiene por objetivo, estimar la eficiencia deun modelo derivado del sistema chimenea solar que contemple la geometría y la selección de

materiales, a través del flujo de ventilación por inducción de un espacio habitable emplazadoen clima cálido húmedo. Cabe mencionar que el trabajo aquí presentado sólo muestra la fase preliminar del planteamiento de la investigación.Impactará desde un punto de vista económico y social, pues los usuarios directos se verían

 beneficiados al poder acceder a alternativas de control del ambiente interior del espacio.Trayendo como consecuencia la generación de la disminución de la factura por consumoenergético para climatización artificial.

1. 

ANTECEDENTES

Para una mejor comprensión del sistema, a continuación se define la chimenea solar y sedescribe el sitio en el que se implementará.

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 4/10

 

1.1  Chimenea Solar

Los sistemas pasivos tienden a ser clasificados de acuerdo a su función principal, según laclasificación de David Morillón, las chimeneas solares se pueden utilizar como sistemas deenfriamiento al provocar la ventilación inducida, y generar mediante ésta, la remoción de las

 partículas de aire caliente en derredor del usuario (Morillón, 1993).Las chimeneas solares o cajas negras utilizan el calor solar para reforzar la convección naturaldel aire. Una de las ventajas de las chimeneas solares es su habilidad de autobalance, cuantomás caliente el día, más se calienta la chimenea, y por lo tanto, más rápido será el movimientodel aire.El sistema consiste en: Un elemento captador: vidrio y/o metal pintado de negro mate; enocasiones, un elemento acumulador de energía calorífica: muros o techo y en generalsobresale por encima de la techumbre, ver Figura 1.

Figura 1: Elementos que conforman la Chimenea Solar

Dentro del sistema se calienta una masa de aire que asciende y después es desfogada a laatmósfera (diferencias de temperatura entre masas de aire). Resultando en el interior delespacio habitable, corrientes de aire a través del efecto convectivo.En este sistema actúan los fenómenos de conducción, convección y radiación. El fenómeno detransferencia de calor por conducción se efectúa mediante la comunicación molecular directaen el muro, a distintas temperaturas, este calor fluye de mayor a menor temperatura, es decir,de la cara exterior donde incide el sol a la cara interior. El fenómeno convectivo ocurrecuando en el sistema se genera el movimiento del aire, esto resulta como consecuencia de losgradientes de densidad que experimenta al estar en contacto con la superficie acumuladora(muro o techo), la cual se encuentra a una temperatura elevada. La radiación está presentecuando el calor es emitido por las superficies del sistema.Por otro lado también en este sistema, se presenta el movimiento de aire por efecto Stackocurre cuando las diferencias de temperaturas causan diferencias de densidad en el aire y

 provocan diferencias de presión entre el interior y el exterior.La chimenea solar es un sistema que genera ventilación inducida, puede lograr un movimientoeficaz del aire aún en días de baja velocidad de viento (Marino & Thomas, 2007). Se conduce

 por diferencias de temperatura.Cuando se planea aprovechar la ventilación natural como el medio principal de enfriamientode una vivienda deben considerarse dos principios:Uno, el viento induce diferencias de presión entre los lados de un edificio y sobre el techo, loque da lugar a la formación de un flujo de aire dentro del edificio desde las aberturas a

 barlovento hacia las que están a sotavento. Estas diferencias de presión varían con la formadel edificio, la dirección del viento, y la presencia de construcciones y árboles circundantes. Y

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 5/10

 

dos, la fuerza de flotación debida a diferencias de temperatura entre el exterior y el interior de

un edificio, y entre los diferentes ambientes interiores produce un flujo de aire. La tendencianatural del aire caliente a ascender y acumularse en la parte superior de la habitación produceuna estratificación estable cuyo factor determinante es la localización y el tamaño de lasaberturas o respiraderos.La flotación induce enfriamiento o ventilación natural dentro de un edificio creandodiferencias de presión más bajas que el viento. El aire cálido asciende y, si le es permitidosalir por alguna abertura situada en la parte superior de la vivienda, impulsará el ingreso deaire a menor temperatura a los niveles inferiores. La ventilación conducida por efecto stack enun ambiente estratificado es más efectiva en espacios altos y con diseño de atrios o patiosinteriores como el caso estudiado aquí.En efecto, las diferencias de presión debidas a la flotación son directamente proporcionales alas diferencias de altura y de temperatura entre al aire entrante y el saliente. Como resultado,hay tres formas de aumentar el flujo conducido por flotación: aumentando la altura de lashabitaciones, incrementado el tamaño de las aberturas y calentando el aire dentro del edificio.En general, el enfriamiento natural debe estudiarse sobre el edificio completo para asegurar latrayectoria del flujo de aire, a través y hacia fuera de las zonas y ambientes ocupados, y paragarantizar seguridad ante la ocurrencia de un incendio. En cambio, el análisis habitación porhabitación resulta útil cuando se desea analizar el flujo de aire en ambientes cerrados.Para verificar que el funcionamiento del sistema de ventilación natural es el esperado deacuerdo al diseño de la vivienda, suele recurrirse al modelado numérico empleando códigosde simulación o a la modelación física en el laboratorio. Este último enfoque es el empleado

en este trabajo.1.2 El sitio de estudio El estado de Tabasco se encuentra situado al sureste de la República Mexicana, limitando al

 Norte con el Golfo de México, al Sur con el estado de Chiapas, al Este con el estado deCampeche y Guatemala y al Oeste con el Estado de Veracruz. Se ubica en latitud Norte de17° 59’, longitud 92° 55’ y altitud de 10 m sobre el nivel del mar.  Se encuentra dividido en 17municipios.

Figura 2: Fotografía aérea de la ciudad de Villahermosa.Fuente:http://www.urbanfreak.net/showthread.php/7735-Villahermosa-vs-Tuxtla-Gutierrez/page106. 

La ciudad Villahermosa es la capital del Estado y forma parte del Municipio del Centro,situada en las márgenes del Río Grijalva. Es una región de terrenos básicamente planos, en laconfluencia de varios ríos y con algunos lomeríos de pendientes muy ligeras, ver Figura 2.

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 6/10

 

Las imágenes de la región proyectan, la presencia del mundo acuático como elemento

modelador del medio físico y de las poblaciones que lo habitan. Tiene un complejo sistemahidrológico, consta de grandes ríos caudalosos, que vierten sus aguas en el Golfo, y quetambién forman vastas lagunas rodeadas de manglares y vegetación cambiante.El territorio es anegadizo y pantanoso en gran parte, y algunas zonas se inundan en época delluvias. El clima es sumamente caluroso y húmedo; las lluvias son constantes.La tierra es muy fértil; los productos principales son el cacao, café, arroz, fríjol, maíz, tabaco,añil, zarzaparrilla, algodón azúcar, ixtle, cáñamo, palo de tinto, todo el género de pimientamalagueta, mejor conocida como de Tabasco.El paisaje es siempre verde por la abundancia de la vegetación, se pueden encontrar desdeárboles como el framboyán, guayacán, macuilís, hasta frutales; así como una gran variedad dearbustos.De acuerdo al sistema de clasificación climática de Köppen modificado por Enriqueta García,Tabasco presenta un clima Am (f) w g, cálido húmedo. Los parámetros climáticos analizadosfueron: Temperatura, interviene en la evaporación y los movimientos de las masas de aire;Humedad relativa, es el factor que condiciona la evaporación; Viento, es el movimiento delaire que se desplaza de una zona de alta presión a una zona de baja presión, se caracteriza porsu dirección, velocidad y frecuencia; Nubosidad  se relaciona con los periodos de sol yRadiación solar, es la cantidad de sol que va a ser recibida por las superficies.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

Para lograr los objetivos de la investigación se requiere trabajar con el método dinámico, seobservan los hechos bajo una meta concreta, previamente definida, y si es necesario semodifica la forma de interpretar, comprobar y analizar el fenómeno. El propósito es llegar acumplir con el objetivo que se definió en la propuesta de investigación. Este proceso constade tres fases, una teórica, una práctica y una de valoración. En la primera se llevará a cabo larevisión de la literatura así como los conceptos semánticos inherentes e investigacionesreferentes. Se indagará acerca de las características y funcionamiento del sistema pasivoChimenea Solar, conceptos y teorías sobre los temas de calor y temperatura, nociones de lateoría de fluidos y transferencia de calor. Así mismo se hará la revisión de la normatividadcon el fin de obtener datos que contribuyan a la propuesta del modelo. A continuación se harála síntesis de la información, apoyándose en las características del sitio de estudio, que en este

caso será el estado de Tabasco, principalmente en los factores climáticos que generarán el perfil climático y geográfico, de esta manera se concretarán las características del espaciohabitable. El análisis de la información recopilada dará la perspectiva para diseñar losmodelos teóricos adaptados del sistema chimenea solar, integrando la selección de materiales,el dimensionamiento y la geometría. Los materiales serán seleccionados en cuanto al factor deconductividad y la geometría se definirá con base al efecto stack, ambas condiciones con elfin de generar un diseño que optimice el desempeño de la chimenea.La etapa experimental requiere del empleo de tres métodos (Mermet A., 2005), que densolución a un problema en el que se emplee como solución la ventilación natural:Primeramente se realizará experimentación sobre modelos a escala (visualización de latrayectoria del viento mediante trazadores de humo). Seguidamente se hará una evaluación y

comprobación de parámetros con modelos de cálculo. Finalmente se efectuarán mediciones detemperatura y humedad relativa en los espacios bajo estudio en escala y tiempo real.

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 7/10

 

Mermet menciona que estos métodos por si solos no son suficientes por lo que recomienda

realizarlos de forma simultánea. Los modelos a escala permitirán la observación de los patrones de flujo en el interior del espacio, debido a su geometría, la ubicación, forma ytamaño de los vanos de entrada y salida. Para poder visualizar los aciertos y desaciertos de losmodelos, se requiere de la utilización de trazadores de humo, éstos darán la pauta paraidentificar las situaciones críticas y establecer los ajustes necesarios hasta definir cuál de losmodelos presenta el mejor desempeño. El logro de esto se plantea a partir de un modelo dereferencia que acredite la comparación entre los resultados. De manera consecutiva serealizarán los cálculos: la predicción del caudal de aire, la estimación de la velocidad del airey el dimensionamiento de los vanos. Posteriormente con base en éstos resultados sedeterminará la propuesta definitiva, se procederá a su construcción e instalación sobre elespacio habitable. La última etapa de la investigación precisa de un paso previo que implicarála instalación del equipo de medición y el levantamiento de datos de temperatura y velocidaddel viento. Al igual que la experimentación con los modelos a escala se implementará unmódulo de referencia que contemple las mismas características constructivas y condiciones deemplazamiento con el objeto de comparar los datos obtenidos en el sistema propuesto. Losinstrumentos que serán empleados para el levantamiento de datos son: Adquisidores detemperatura Data Logger Hobo U12 (unidad de medida en °C), sensores de temperatura,anemómetro KANOMAX ANEMOMASTER modelo A004 (unidad de medida m/s), plumasde humo, software HOBOware Pro 2.3.1. Cabe mencionar que éstos se encuentrandisponibles y pertenecen al cuerpo académico del cual formo parte. Como ya se mencionó laúltima etapa de la investigación consistirá en la evaluación del sistema propuesto, para lo que

se elaborarán herramientas de diagnóstico tales como tablas y gráficos, lo que dará pie a lasíntesis de los resultados mediante un análisis estadístico de las lecturas obtenidas por elequipo, dando origen a las conclusiones y sugerencias.

3. ESTADO DEL ARTE

Con el fin de realizar el marco de referencia de la investigación, se indagó a cerca de 80investigaciones análogas correspondientes con el tema de chimenea solar. De ahí fueronextraídas las referentes a estudios en clima cálido húmedo, se indica en la Tabla 1, con el

 propósito de tener una perspectiva referente al tema y visualizar la frontera del conocimiento.En la Figura 3, se identifica la franja de países con clima cálido húmedo.

Figura 3: Mapamundi en el que se localiza la franja de los trópicos y el sitio de estudio.

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 8/10

 

En la Tabla 1, se pueden apreciar 12 casos ubicados en clima cálido húmedo en los que la

chimenea ha sido adosada tanto en muros y como en techos, tal situación muchas de las vecesdepende de las condiciones en que esté emplazado el edificio de estudio. En la mayoría de losartículos analizados, se percibe un gran interés por el dimensionamiento y los vanos deentrada y salida de la chimenea, resultado de la búsqueda de la eficiencia en el flujo deventilación. También se aprecia que existe un vacío en la experimentación con materiales notransparentes (Tan, A. Y. K. & Wong, N. H., 2013). El desempeño de la chimenea es revisadoa través de las variables como temperaturas, diferencia entre temperaturas, velocidad del aire,flujo de aire, caudal de aire. Los instrumentos de evaluación del sistema son modelados aescala, modelado matemático, y aplicación en escala real.

Tabla 1: Artículos referentes a investigaciones situadas en clima cálido húmedo.

Cálido

Húmedo

CálidoSeco

Templado

Muro

Techo

Alto

Ancho

Largo

Material

Vanode

Entraday

Salida

Velocidaddel

aire

Flujode

masade

aire/Caudal

deaire

ACH

Temperatura

Diferenciade

temperatura

Escalareal

Modeloa

escala

Método

matemático

Simulación

software

Singapore 2013 R R R R R R R R R R

Malas ia 2012 R R R R R R R R

 Adrar, Algeria 2011 R R R R R R R R

Hong Kong 2009 R R R R R R R R R R R

Tailandia 2006 R R R R R R R R

India 2005 R R R R R R R R R R

Malas ia 2003 R R R R R R R R

Tailandia 2003 R R R R R R R R R

Bangkok,Tailandia

  2000 R R R R R R R

Bangkok,Tailandia

  2000 R R R R R R R

Bangkok,Tailandia

  1999 R R R R R

Nigeria 1992 R R R R R R R

HERRAMIENTA/INSTRUMENTO

CLIMA DELSITIO DEESTUDIO

Ciudad/País Año

ELEMENTO DONDE

FUE APLICADO

CONFIGURACIÓN FUNCIONAMIENTO/ DESEMPEÑO

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 9/10

 

4. RESULTADOS PRELIMINARES

El clima cálido húmedo, que presenta la región de estudio es de los más difíciles de tratar. Detoda la gama de estrategias pasivas sólo dos resuelven esta dificultad: ventilación ysombreamiento (Tudela F. , 1982). El objeto de estudio de la presente investigación es laeficiencia Sistema Pasivo Chimenea Solar, como generador de ventilación por inducción.Como resultado preliminar se obtuvo el estado del arte del Sistema aplicado al clima cálidohúmedo, con el fin de realizar en una siguiente etapa, la idealización de un nuevo modelo quemejore la ventilación. Dentro del análisis del marco referencial se pudieron identificar lasvariables de investigación; como variables independientes los materiales y la geometría queconformará la chimenea, y como variable dependiente la velocidad del flujo de ventilación

inducida al interior de un espacio habitable emplazado en clima cálido húmedo. La geometríade la chimenea, será definida con base en la forma y dimensiones que mejor permitan generaraltos índices en el flujo de la ventilación. Aunque la chimenea solar emplea

 predominantemente acristalamiento de vidrio como superficie exterior, cada vez hay másejemplos utilizando tejas o láminas de metal como alternativa. Aunque el vidrio tiene ventajassobre el efecto stack, no absorbe la radiación solar más alta y menos la energía calorífica. Latemperatura de la superficie exterior de la chimenea es más alta que la temperatura de lasuperficie interior, posteriormente se conduce al aire dentro de la cámara y de ahí al interiordel espacio de estudio, si el aislamiento falla. Esto no ocurriría si el recubrimiento de lachimenea fuera de material opaco, el cual actuaría como un amortiguador térmico para elinterior. De aquí la propuesta de realizar un análisis de los materiales que conformarán el

 prototipo.A partir de ello se pretende dar pasos con responsabilidad y fundamentados en elconocimiento teórico que guíe a mejores propuestas. Como resultado a posteriori se pretendeobtener un módulo proyectado con base en las dimensiones mínimas planteadas por elReglamento de Construcción del Estado para una recámara. Se elige este espacio, porque es ellugar de la vivienda en el que se pasa más tiempo. Este modelo será evaluado y dará la pauta

 para el diseño definitivo del sistema.

5. CONCLUSIONES

La Comisión Nacional de Vivienda en México (CONAVI-INFONAVIT-SHF, 2011), tiene

dentro de sus iniciativas la vivienda sustentable. Sin embargo, México es un país en vías dedesarrollo, con un alto índice de pobreza, en donde la sustentabilidad del hogar podría ser unlujo a nivel popular, por lo tanto deben proveerse más opciones. Como investigador en elcampo de la arquitectura y usuario de edificaciones emplazadas en el clima cálido húmedo,resulta prioritario continuar en esta línea y aportar soluciones alternativas.Este prototipo contribuirá al continuo cambio de las masas de aire que hay al interior de lavivienda y así reducir la temperatura efectiva y aumentar la perdida de calor por convecciónen los ocupantes que experimentan incomodidad térmica. A partir de la revisión de laliteratura, se observó que la investigación del estado de la técnica, habitualmente se concentraen países de clima templado. Se menciona que el trópico es diferente de las regionestempladas, en términos de trayectoria solar, cantidad de radiación solar y cubierta de nubes,lo que hace que la investigación sobre la chimenea solar en los trópicos sea significativamentediferente (Tan, A. Y. K. & Wong, N. H., 2013).

7/23/2019 26 - Modelo de Ventilación Inducida Para La Vivienda en Clima Cálido Húmedo Sistema Chimenea Solar

http://slidepdf.com/reader/full/26-modelo-de-ventilacion-inducida-para-la-vivienda-en-clima-calido-humedo 10/10

 

En nuestro país, la cultura del ahorro de energía se inició hace más de una década, pero los

 beneficios aún no son palpables. La sociedad mexicana, requiere de nuevos diseños deviviendas que se adapten a sus necesidades y que además modifiquen las tecnologías actuales,altamente consumidoras de energía, tratando de afectar en lo posible el valor adquisitivo de lavivienda. De manera global, el desarrollo de la presente investigación representa unacontribución favorable al cuidado del medio ambiente, en el entendido que las acciones queconllevan a la transferencia de tecnología utilizando las fuentes de energía alternativas,teniendo un reflejo directo en los procesos de sustentabilidad.

6. BIBLIOGRAFÍA

Almanza Salgado, R., & et. al. (1992). Actualización de los Mapas de Irradiación GlobalSolar de la república Mexicana. Series del Instituto de Ingeniería. México: UNAM.Calvillo Unna, J. (1999). La Casa Ecológica. México: CONACULTA.CONAVI-INFONAVIT-SHF. (2011). Vivienda Sustentable. MÉXICO: CONAVI.García, J. (1995). Viento y Arquitectura. México:: Editorial Trillas.Marino, B., & Thomas, L. P. (2007). Modelado en el laboratorio de la ventilación naturalgenerada por diferncias de temperatura entre el interior y el exterior una vivienda.

 AVERMA(11), 8-43.Mermet A., G. (2005). Ventilación Natural de Edificios. Fundamentos y Método de Cálculo

 para Aplicación de Ingenieros y Arquitectos. (Nobuko, Ed.) Buenos Aires, Argentina.

Morillón G., D. (1993). BIOCLIMÁTICA.Sistemas Pasivos de Climatización. Guadalajara:Universidad de Guadalajara.ONU. (1987). A42/87 Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el

 Desarrollo. Asamblea General. 96ª. Sesión Plenaria. Sámano, D., Morales, J., & Morillón, D. (1997). Aspectos Bioclimáticos en el Diseño deEdificios Confortables de Máxima Eficiencia Energética. En I. Pilatowsky, Notas del Cursode Actualización de Energía Solar  (págs. 207-2017). Temixco, Morelos: UNAM.Servicio Meteorológico Nacional . (2011). Obtenido de Comisión Nacional del Agua:recuperado de

http://smn.conagua.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=107%3Atemperatura-maxima-por-entidad-federativa&catid=1&Itemid=112Subsecretaría de Planeación Energética y Desarrollo Tecnológico, Dirección General dePlaneación Energética. (2012). Balance Nacional de Energía 2011 (Primera edición ed.).México, DF: Secretaría de Energía.Tan, A. Y. K., & Wong, N. H. (2013). Parameterization Studies of Solar Chimneys in theTropics. Energies, 6 (1), 145-163.Tudela, F. (1982). Ecodiseño. México: Universidad Autónoma Metropolitana.