CHAPTER 3: DESIGN OF AN ADAPTABLE TOOLING SYSTEM FOR PART TO PART
3.1 Systematic Design Process
3.1.2 Conceptual Design
Tendedero para el secado de ciruelas
- 47 - Tendederos para el secado de telas en Jaipur
Crib para el almacenaje de maíz.
- 49 - 4.5 SALINAS EN EL MUNDO
Alrededor del mundo existen distintos tipos de producción salinera, en una primera categorización podemos distinguir la sal de mina de la sal obtenida del agua de mar. En esta investigación nos concentraremos exclusivamente en la segunda.
Por otro lado, la extracción de sal de mar también se realiza de múltiples maneras, las que pueden ubicarse dentro de las tipologías de secado descritas en la sección anterior.
4.5.1 Secado de sal en apoyo
Es dentro de esta tipología de secado que se encuentra el caso estudiado en esta investigación, como se mencionó en el capítulo anterior, el proceso de obtención de sal a partir del agua de mar se desarrolla principalmente en dos fases, la primera de evaporación y la segunda de escurrimiento, ambas corresponden a secado en plano de apoyo. En el primer caso se extiende el agua sobre planos de secado formados en el suelo (ligeramente hundidos para contener el agua) y en el segundo caso la sal se apila sobre plataformas de madera para que termine de escurrir el agua en ella contenida.
La obtención de sal de mar en Chile se realiza solamente en las costas de la sexta región, en 2 comunas. El caso de estudio en la comuna de Pichilemu, correspondiente a las salinas ubicadas en las localidades de Cáhuil, Barrancas y La Villa en torno al estero Nilahue. Y en la comuna de Paredones, las salinas de Lo Valdivia.
Cáhuil
Figura 27
Salinas de Cáhuil, Pichilemu. Fuente: fotografías de la autora.
- 51 - Figura 28
Salinas de Barrancas, Pichilemu. Fuente: fotografías de la autora. Barrancas
La Villa
Estas 3 ubicadas en la Comuna de Pichilemu, región de O’Higgins. Figura 29
Salinas de La Villa, Pichilemu. Fuente: fotografías de la autora.
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En esta misma región, 20 kms. más al sur en la comuna de Paredones, se encuentran las salinas de Lo Valdivia.
Figura 28
Salinas de Lo Valdivia, Paredones. Fuente: infocurico.cl
Figura 30
Arriba: Salinas de La Villa, Pichilemu, época de cosecha. Fuente: infocurico.cl
Abajo: Salinas de La Villa, Pichilemu, temporada invierno Fotografías de la autora.
Esta tipología de salinas, no solamente se encuentra en Chile, podemos encontrarla en otras partes del mundo, como se mencionó en el primer capítulo, la producción salinera en Chile recibió una importante influencia española, por lo que es evidente la existencia de este tipo de salinas en España. Algunas de ellas son:
• Salinas de la Trinidad, Cataluña: bajo el cargo de la empresa productora de sal marina INFOSA, la producción en estas salinas se realiza de forma similar al caso anterior, pero las proporciones de producción y envasado son de carácter más industrial, con 970 hectáreas de explotación y una producción anual que alcanza las 90.000 toneladas (INFOSA).
• Salinas de Bras del Port, Alicante: similar al caso anterior, la obtención de sal se realiza bajo la tipología de apoyo anteriormente de escrita, con procesos de transporte y envasado de carácter industrial, en conjunto con una amplia investigación de laboratorio. Con una producción media diaria en torno a las 4.000 toneladas, alcanzando las 150.000 toneladas por periodo de cosecha (Bras del Port, S.A.).
• Salinas de San Pedro del Pinatar, Murcia
• Salinas de Ibiza: Esta salina al igual que la de San Pedro del Pinatar, son explotadas por la empresa Salinera Española S.A.
• Salinas d’Es Trenc, Mallorca: estas salinas tienen una producción anual que alcanza las Figura 31
Salinas de La Trinidad, Parque Natural Delta del Ebro, Cataluña Fuente: INFOSA
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• Salinas de Janubio, Islas Canarias: otro ejemplo de salina con secado en apoyo, la piedra seca es el material principal con el que se construyeron estas salinas a finales del siglo XIX. Consta de una superficie de 440.000 m2, en la que su producción óptima alcanza las 10.000 toneladas, aunque según datos del año 2012, la producción estaba en torno a las 2.000 toneladas. Antiguamente, para poder mover el agua, se utilizó como fuente de energía molinos de viento, los que aun se conservan en el paisaje de las salinas.
Figura 32
Salinas de Januvio, Islas Canarias. Fuente: ©Andreas Weibel
4.5.2 Secado de sal en sistemas básicos
a. Secado de sal en plataformas: como pudimos observar en todos los casos anteriores, la manera más común de obtener sal a partir de agua de mar, es la evaporación de esta sobre una superficie, bajo las acciones del sol y el viento. En este caso, ese proceso evaporativo, no se realiza sobre estanques construidos en el suelo, sino, sobre una estructura de madera, que consiste en una plataforma de secado, con patas que la separan del suelo. Este es el caso de las salinas de Añana, España.
Estas salinas, según los registros de la fundación Valle Salado de Añana, dueña y encargada de la conservación del lugar y su patrimonio cultural, el proceso productivo tiene una duración de alrededor de cuatro meses durante la temporada estival, dependiendo de las condiciones climáticas. En este caso el agua salada es de manantial y el proceso se inicia con el vertido de la salmuera en las plataformas de madera, con una profundidad de dos a cuatro centímetros. Luego se produce bajo la acción del sol y el viento la cristalización de la sal, proceso que dura cuatro horas. Esta sal es posteriormente recogida, cuando aún posee cierta cantidad de humedad para ser introducida en cestos de madera de castaño, donde se deja para que escurra el exceso de agua y se produzca de esta manera un último lavado de la sal. Posteriormente la sal es introducida en los almacenes que se ubican bajo las plataformas de secado y para finalizar el proceso, es llevada a otros almacenes donde se limpia de impurezas para ser envasada y comercializada.
- 57 - Figura 33
Arriba: Salinas de Añana, Valle Salado de Álava, España. Fuente: Traveler.
Abajo: Almacenaje bajo plataformas de secado. Fuente: ©Jesús Ramos
b. Secado de sal en bandejas: en este caso, el proceso de evaporación del agua de mar para obtener la sal, se realiza en bandejas. Es así como se lleva a cabo el proceso en las Salinas de Kusamba en Bali, Indonesia.
El proceso en estas salinas parte con la extracción de agua de mar la que es dejada al sol en grandes cestas para que decante la sal, luego esta agua es filtrada utilizando arena y cristal de sal para proceder posteriormente a su secado en balsas de madera donde se evapora el agua quedando finalmente la sal.
Figura 34
Evaporación de agua en balsas de madera. Salinas de Kusamba, Bali, Indonesia Fuente: ©Copper Smith
- 59 - Conclusiones
Luego de analizar diversos referentes de secado, en una primera instancia, distintas formas de estos y luego algunos específicamente inscritos dentro del área del secado de sal podemos observar lo siguiente:
En todos los casos analizados existen 2 consideraciones básicas transversales a cualquier proceso de secado, el sol y el viento, los que en conjunto permiten controlar otro concepto básico en el secado: la humedad.
En los primeros casos analizados que correspondían a las formas más elementales de secado, vemos que simplemente se dispone del elemento a secar al aire libre, para que las acciones naturales del viento y el sol permitan llevar a cabo el proceso de secado. En los casos siguientes podemos comprender que con ciertos elementos o consideraciones, podemos optimizar la acción natural de estos elementos. Algunas de las acciones que podemos realizar para esto son:
- Elevar el elemento a secar: despegar del suelo el elemento a secar puede traer consigo más de una ventaja. En una primera instancia, no relacionada con el proceso de secado en si, esta sencilla acción genera un proceso más higiénico, separando el elemento del suelo natural y alejándolo de posibles amenazas como insectos y roedores y otros animales. Por otro lado, en directa relación con el secado, la separación del suelo, permite un mejor proceso de ventilación ya que permite que el aire circule no solo por sobre el elemento sino que también por debajo de este.
- Permeabilidad: cuando el secado se realiza en algún soporte o dentro de una edificación, la permeabilidad de sus cerramientos permite como en el caso anterior, una mejora en la circulación del aire alrededor del elemento a secar, ejemplos de esto son el uso de mallas, telas o separaciones en entablados de madera.
- Muros o cubierta como protección: esta estrategia sigue la línea de las mostradas anteriormente. El uso de muros o una cubierta para resguardar el elemento a secar se vuelve indispensable cuando este debe ser protegido del sol o de otras condiciones propias del clima como la lluvia, pero sigue permitiendo una buena ventilación.
Dentro de las estrategias de ventilación posibles, existen muchas otras a parte de las ya vistas, que tienen relación con la disposición de las aperturas en un edificio y que serán analizadas en el capítulo siguiente.
- Dimensiones de la edificación: en las construcciones y edificaciones de secado vistas en este capítulo, se repiten algunas características en la proporción de las relaciones de ancho, largo y altura de estos. En la gran mayoría de los ejemplos vistos, el largo del edificio es bastante mayor que su ancho, generándose volúmenes largos y angostos, mientras que la altura es de dimensiones similares al ancho. Esta forma en la edificación, sumada a la orientación correcta respecto al viento, optimiza el proceso de ventilación. En los caso en que esta relación no se cumplió, fue la altura la que superó considerablemente en dimensión al largo y ancho de la edificación, generando un efecto similar al otro caso. - Emplazamiento: si observamos las imágenes de los casos analizados, podemos identificar otro patrón común, el secado de elementos, o las estructuras utilizadas para su secado, se ubican en lugares amplios y despejados, alejados de grandes obstáculos como cerros o vegetación que puedan generar sombra e impidan una adecuada exposición a la radiación solar.
- Orientación: finalmente otro factor importante a considerar en el proceso de secado, es la orientación del elemento, estructura o edificación, una adecuada orientación permitirá una mayor captación de la radiación solar (Sur en el hemisferio norte y norte en el hemisferio sur) además de permitir una ventilación eficiente, orientando según la dirección del viento (la que varía en cada lugar según sus condiciones geográficas y climáticas).
- 63 - 5.1 CONCEPTOS PREVIOS
5.1.1 Humedad
Es necesario iniciar aclarando que los niveles de humedad presentes en la atmósfera pueden clasificarse en tres categorías: humedad absoluta, específica y relativa.
Humedad Absoluta: corresponde a la masa de vapor contenida en un volumen de aire y se expresa en [g/m3].
Humedad Específica: es la masa de vapor por unidad de masa de aire [g/kg]19.
Humedad Relativa: expresa la cantidad de vapor de agua presente en el aire como un tanto por ciento de la cantidad máxima de vapor de agua que tendría a esa misma temperatura (saturado)20 . Es decir, a determinada temperatura 100% de humedad relativa
corresponde al estado de saturación, al máximo admisible. Mientras que por ejemplo un 60% de humedad relativa significa que el aire contiene un 60% de la humedad que podría contener a esa misma temperatura.
La humedad relativa del aire, como ya se mencionó anteriormente está directamente relacionada con la temperatura. Cuando la temperatura aumenta, el aire aumenta también su capacidad de contener vapor de agua, lo que genera que al aumentar la temperatura en un ambiente, la humedad relativa de este, disminuya. De forma opuesta, cuando la temperatura disminuye, la capacidad de contener vapor de agua en el ambiente disminuye, lo que genera un aumento en la humedad relativa.
19 Definiciones de humedad absoluta y específica (Casas & Alarcón, 1999) 20 Definición de humedad relativa (Esteban, 2010)
Figura 35
Esquema variación de la humedad relativa en función de la temperatura. Fuente: regents-earthscience.com
5.1.2 Asoleamiento
Como vimos en la sección anterior, las condiciones de humedad relativa presentes en el ambiente pueden verse modificadas en función de los cambios de temperatura. Como el objetivo de esta investigación es conseguir condiciones de humedad relativa que permitan mantener seca la sal , a continuación revisaremos algunos elementos y estrategias de captación solar utilizadas para aumentar la temperatura al interior de un recinto:
- Envolvente: La captación solar en un edificio se realiza por medio de su envolvente y en esta podemos distinguir elementos opacos y elementos vidriados. En los primeros la captación de energía solar depende de sus propiedades materiales, principalmente de su absortividad y transmitancia térmica, la que suele ser bastante más baja que en el caso de los vidriados. Por otro lado, los elementos vidriados presentan propiedades de alta transmitancia térmica por lo que permiten un mayor ingreso de radiación solar (onda corta) (Bustamante, 2009).
- Efecto invernadero: una estrategia utilizada en la captación de radiación solar en forma de calor es permitir mediante elementos vidriados el ingreso de radiación solar (onda corta), la que calentará los elementos al interior de la edificación y estos a su vez irradiaran calor al ambiente (onda larga) que no podrá volver a salir, aumentando la temperatura interior. Los elementos vidriados debido a su alta transmitancia térmica también equiparan las temperaturas cuando estas son frías en el exterior.
- Muro Trombe: es un sistema de captación solar que consiste principalmente de un muro de masa térmica, capaz de absorver calor, como piedra u hormigón, pintado de negro. Este muro debe orientarse a la posición más favorable del sol, al sur en el hemisferio norte y al norte en el hemisferio sur. Sobre el muro se instala un recubrimiento transparente (principalmente vidrio) dejando un espacio para generar una cámara de aire que puede o no tener ventilación hacia el interior. Al interior de la camara de aire las temperaturas aumentan producto del efecto invernadero,
Figura 36
Esquema efecto invernadero. Elaboración propia.
- 65 - Cuando existe ventilación, esta ayuda a potenciar el efecto de transferencia de temperatura al interior, debido al movimiento de aire por diferencia de temperaturas.
La cámara de aire calentada por efecto invernadero se comunica con el recinto a calefaccionar por ventilaciones en las partes superior e inferior del muro. Esto genera que el aire del recinto que se encuentra en el estrato más bajo, a menor temperatura, circule hacia la cámara de aire, mientras que el aire caliente al interior de la camara de aire sube y pasa hacia el recinto, generandose un intercambio de calor.
Figura 38
Esquema muro trombe con ventilación. Elaboración propia.
5.1.3 Ventilación Natural
Otro importante factor a considerar en el secado de elementos es la acción del viento. Las corrientes de aire generadas entorno al elemento, permiten renovar el aire circundante y con ello también remover la humedad extra en el ambiente, generada en el proceso de secado. Al interior de un edificio también podemos generar ventilación natural, utilizando algunas estrategias como las que se describen a continuación:
- Ventilación cruzada: esta constituye una de las maneras más sencillas de ventilación natural, ya que solo requiere de dos aperturas en fachadas opuestas para generar moviemiento de aire entre ellas. Este movimiento se produce debido a la diferencia de presión existente entre la fachada en la que inside el viento y la opuesta. Para que este tipo de ventilación funcione la distancia de una ven- tana a otra debe ser como máximo 5 veces la altura de piso a cielo, sin exceder los 15 metros (Bobadilla et al., 2012).
Figura 40
Esquema diferencia de presión en fachadas opuestas.
Elaboración propia. Figura 39
Esquema ventilación cruzada. Elaboración propia.
- Efecto convectivo o efecto stack: en este caso el movimiento del aire es generado por la estratificación que produce la diferencia de temperatura en el aire. El aire a mayor temperatura posee menor densidad, lo que genera que este suba. Este aire es expulsado del recinto, renovandose con aire frío que ingresa del exterior. Para que pueda producirse este efecto se necesitan principalmente 2 aberturas, una en el nivel inferior para el ingreso de aire frío y otra en el nivel superior para la evacuación del aire a mayor temperatura.
Es muy común en este tipo de sistemas, la utilización de chimeneas de ventilación para la salida del aire.
- Chimenea solar: este sistema se compone principalmente de 3 partes: área de recolección de energía solar en la parte superior de la chimenea, eje principal de ventilación y entradas y salidas de aire (Bobadilla et al., 2012).
Este sistema funciona bajo los principios del efecto convectivo, con la ventaja de que al acumular calor en la parte superior de la chimenea, se calienta el aire en esta zona, lo que aumenta la diferencia de temperatura entre el aire que ingresa y el que sale; lo que a su vez genera un aumento en la velocidad con que este se mueve.
Figura 40
Esquema efecto convectivo. Elaboración propia.
Figura 41
Esquema chimenea solar. Elaboración propia.
- 67 - Figura 42
Carta Solar Barrancas
Fuente: Elaboración propia en base a Sunearthtools.
Figura 43
Altura solar Barrancas
Fuente: Elaboración propia en base a planilla Excel Programa Sol utilizada en marco del curso Laboratorio Solar de la profesora Macarena Langlois.
5.2 DEL SOL
Figura 44
Arriba: tabla con imágenes de pruebas en heliodón de arriba hacia abajo equinoccio de otoño, solsticio de invierno, equinoccio de primaver y solsticio de verano. De izquierda a derecha, 6:00, 8:00, 10:00, 12:00, 14:00, 16:00 y 18:00 hrs.
Abajo: momentos del año con mayor proyección de sombras, correspondientes al solsticio de invierno 8:00 hrs. a la izquierda, 16:00 hrs a la derecha.
Fuente: Elaboración propia en base a planilla Excel Programa Sol utilizada en marco del curso Laboratorio Solar de la profesora Macarena Langlois.
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Uno de los factores más importantes a considerar en el proceso de obtención de la sal, es la acción del sol, por lo que en una primera aproximación al terreno en el que se ubican las salinas, se realizó un análisis del asoleamiento de este a modo de determinar el mejor emplazamiento para el proyecto, es decir, donde reciba la mayor cantidad de radiación solar.
Para este análisis, se realizó una maqueta del sector, para evaluar principalmente en qué época y en qué momentos durante el día, los cerros ubicados al norte y al poniente de las salinas de Barrancas bloquean la radiación solar y qué sectores se ven afectados con la proyección de su sombra, esta evaluación se realizó en Heliodón, en ambos solsticios y ambos equinoccios y las pruebas fueron realizadas evaluando el comportamiento del sol cada 2 horas desde las 6:00 a las 18:00 hrs.
Figura 45
Tabla resumen azimut y altura solar para ambos equinoccios y solsticios, entre las 6 y las 18 hrs.
Fuente: Elaboración propia en base a planilla Excel Programa Sol utilizada en marco del curso Laboratorio Solar de la profesora Macarena Langlois.
5.2.1 Equinoccio de otoño
En este caso se observa que el lugar recibe sol durante la mayor parte del día, exceptuando las últimas horas de la tarde, donde la geografía existente proyecta sombra en el sector norte y poniente de las salinas (salinas en amarillo).
Figura 46
Arriba a la izquierda sombras a las 8 hrs. Arriba a la derecha sombras a las 18 hrs. Abajo sombras salinas de Barrancas a las 18 hrs.