CHAPTER-III METHODOLOGY
2) Section B: Structured Questionnaire
La vivienda se debe de orientar de acuerdo a las condiciones climáticas del sitio, tomando de cada una de esas condiciones lo más favorable y lo que mas le conviene a la misma con el fin de mantener un confort térmico optimo en el interior de la misma. La casa debe de tener más exposición sobre el eje Oeste - Este o Noreste – Sureste, y brindar mas espacio libre al Sur o Sureste. Consideraciones que se toman al orientar la casa en estos ejes:
• Se disminuyen las paredes al Oeste, evitando la alta radiación que se recibe en el verán, en donde se perciben las mas altas temperaturas y los ángulos de radiación solar se encuentran mas perpendiculares a la superficie.
• Por lo cual si la vivienda tiene paredes al Oeste estas deben de tener aislamiento térmico, para así protegerse de los rayos solares.
• El techo recibe todo el año y todas las horas del día radiación directa, por lo cual es el techo el primero que debería tener materiales térmicos.
• Permitir el acceso de los rayos solares en el invierno, cuando estos se encuentran en altitudes bajas y mas perpendiculares sobre la superficie, para evitar que se pierda calor por las ventanas es recomendable el uso de las ventabas de doble vidrio con una cámara de aire entre ellas, que impiden que se pierda calor pero permiten que entren la adición solar.
• Permitir el acceso de los vientos dominantes del Este y Noreste.
• Evitar áreas grandes orientadas al Oeste, así como promover sombras en esta orientación ya que en durante la mañana por aquí penetra la radiación solar.
• La orientación Este y Oeste permite disminuir las áreas de la radiación dólar no deseadas, pero limita el acceso de los vientos dominantes.
• La orientación Noreste y Suroeste, tienen un buen comportamiento frente a la radiación solar, y nos permite un mayor acceso a los vientos predominantes.
Imagen 19 – Orientación
4.3 – Análisis de medición de radiación en los componentes de una vivienda. Muchos estudios sobre el comportamiento térmico o las fichas técnicas de los materiales demuestran en que porcentaje de radiación se ven afectadas los componentes de una vivienda. La mayoría de ellos concuerdan que la mayor ganancia de calor en la vivienda se debe a la radiación solar, siendo alrededor del 70% del total, la cual incluye elementos translucidos que ganan entre el 15 y 20% dependiendo de la orientación, seguida por la ganancias internas que llegan a representar hasta el 20% del total, y solo de un 8 a 12% por conducción y convección.
Dichos estudios demuestran que es en la época de verano donde se tienen los porcentajes mas elevados de radiación en los componentes de las viviendas.
Componente Porcentaje Techos 60% Norte 6% Sur 1% Oriente 7% Poniente 8% Otras 18%
Tabla 14 - Ganancias típicas en verano para Monterrey
Se puede considerar que las ganancias internas dependen de las actividades, uso de equipos y costumbres de los moradores, las cuales están consideradas como
Imagen 19 – Orientación
4.3 – Análisis de medición de radiación en los componentes de una vivienda. Muchos estudios sobre el comportamiento térmico o las fichas técnicas de los materiales demuestran en que porcentaje de radiación se ven afectadas los componentes de una vivienda. La mayoría de ellos concuerdan que la mayor ganancia de calor en la vivienda se debe a la radiación solar, siendo alrededor del 70% del total, la cual incluye elementos translucidos que ganan entre el 15 y 20% dependiendo de la orientación, seguida por la ganancias internas que llegan a representar hasta el 20% del total, y solo de un 8 a 12% por conducción y convección.
Dichos estudios demuestran que es en la época de verano donde se tienen los porcentajes mas elevados de radiación en los componentes de las viviendas.
Componente Porcentaje Techos 60% Norte 6% Sur 1% Oriente 7% Poniente 8% Otras 18%
Tabla 14 - Ganancias típicas en verano para Monterrey
Se puede considerar que las ganancias internas dependen de las actividades, uso de equipos y costumbres de los moradores, las cuales están consideradas como
otras en la tabla anterior, así mismo los porcentajes mostrados es el total de ganancia por radiación.
La principal fuente de ganancia es por el techo, por lo cual, si a este se le da un tratamiento adecuado, mejorara considerablemente la comodidad dentro de la vivienda, aun y cuando no cuente con acondicionamiento de aire y si lo tiene, el consumo energético será considerablemente menor.
Las ventanas es otra de las principales fuentes de ganancia de calor, por lo cual, su ubicación, orientación, tamaño, diseño y protección debe seleccionarse cuidadosamente, así como, el tipo de vidrio tratando de reducir al mínimo posible las ganancias por radiación y conducción. Las puertas también deben ser ubicadas en muros que reciban baja radiación solar para evitar la ganancia de calor, la cual es mayor que por un muro.
Para tener una mejor sensibilidad de lo que se pretende probar en la parte experimental, se mencionara un ejemplo de parámetros que se determinan para hacer un análisis térmico de la vivienda, por lo cual para esté ejemplo se considera una emitancia de 0.6 (recordemos ermitancia como la capacidad de un material en producir calor en forma de energía radiante). (Confort en la vivienda. Pedraza)
Ventana Puerta
Factor de Ganancia 0.84 Emitancia 0.6
Material Espesor Conductividad Resistencia Material Espesor Conductividad Resistencia
Vidrio Sencillo 0.004 0.930 0.0043 Triplay 0.050 0.140 0.3571
Conductancia Int 1.000 8.130 0.1230 Conductancia Int 1.000 8.130 0.1230
Conductancia Ext 1.000 19.100 0.0524 Conductancia Ext 1.000 19.100 0.0524
Resistencia Total 0.1797 Resistencia Total 0.5325
Tabla 15 – Resistencia térmica de una vivienda
Techo Muros
Emitancia 0.6 Emitancia 0.6
Material Espesor Conductividad Resistencia Material Espesor Conductividad Resistencia Impermeabilizante 0.005 0.430 0.0116 Aplanado Exterior 0.020 0.630 0.0317
Lechada 0.010 0.872 0.0115 Block de Concreto 0.150 1.430 0.1049
Aislamiento térmico 0.050 0.120 0.4167 Aislamiento Térmico 0.000 0.120 0.0000
Loza 0.100 1.800 0.0556 Aplanado Interior (yeso) 0.020 0.372 0.0538
Aplanado Interior 0.020 0.460 0.0435 Conductancia Int 1.000 8.130 0.1230
Conductancia Int 1.000 6.630 0.1508 Conductancia Ext 1.000 19.100 0.0524
Conductancia Ext 1.000 19.100 0.0524 Resistencia Total 0.3658
En estas ultimas dos tablas se puede constatar que la principal ganancia de calor en la vivienda es debida a la radiación solar directa, seguidas por las ganancias internas, después por las de conducción y por ultimo por las de infiltración.
Conviene agregar la siguiente tabla que muestra el porcentaje de ganancia por cada por cada concepto para cada una de las fachadas de la casa y por el techo, considerando que no hay sombras sobre la casa.
Se debe de considerar el color de los techos ya que los colores negros u oscuros guardan más el calor, en cambio los colores claros y blancos repelen un poco la radiación solar.
Área Expuesta m2 Coeficientes de Transmisión U
Losa Norte Sur Oriente Poniente Losa Norte Sur Oriente Poniente Material 44.50 10.40 12.06 20.16 18.27 1.3477 2.7340 2.7340 2.7340 2.7340 Ventanas 2.58 2.34 0.00 0.00 5.5661 5.5661 5.5661 5.5661 Puertas 1.68 0.00 0.00 1.89 1.8779 1.8779 1.8779 1.8779
44.50 14.66 14.40 20.16 20.16
Tabla 16 -Dimensiones y coeficientes de transmisión por orientación
Tabla 17 - Ganancia total de calor
Ganancia Máxima de Calor
Radiación Conducción Infiltración Internas Total % Losa 1609.22 161.93 1771.15 27.61% Norte 0.00 124.06 124.06 1.93% Sur 1043.69 124.19 1167.88 18.21% Oriente 1005.15 148.82 1153.97 17.99% Poniente 977.26 144.45 1121.71 17.49% Total 4635.32 703.45 245.00 830.00 6413.77 100.00% % 72.27% 10.97% 3.82% 12.94% 100.00%
Tabla 18 - Ganancia máxima de calor Ganancia Total de Calor
Radiación Conducción Infiltración Internas Total % Losa 16113.08 629.73 16742.81 32.34% Norte 0.00 482.47 482.47 0.93% Sur 7170.53 482.97 7653.50 14.78% Oriente 4378.41 578.74 4957.15 9.58% Poniente 4173.55 561.75 4735.30 9.15% Total 31835.57 2735.66 3920.00 9960.00 48451.23 100.00% % 65.71% 5.65% 8.09% 20.56% 100.00%
Tabla19 - Ganancia total de calor
4.4 – Análisis de materiales de contracción.
En esta sección se presentan las propiedades térmicas de los materiales más utilizados en la construcción. Se presenta su densidad y conductividad térmica. Estos datos los proporcionan las fichas técnicas de los materiales. Existen muchos materiales que por su composición original ya son considerados materiales térmicos.
4.4.1 – Propiedades de los materiales de construcción.
N MATERIAL DENSIDAD Kg/M³ TERMICA (K) W/mK CONDUCTIVIDAD
1 Acero y fierro 7800 52.300
2 Adobe 0.012 0,024
3 Aluminio 2700 204.000
4 Arena seca, limpia 1700 0.407
5 Asbesto cemento 1799 0.796
6 Asfalto bituminoso impermeabilizante 1050 0.174
7 Azulejos y mosaicos 0 1.047
8 Baldosas cerámicas 0 1.750
9 - a Block de concreto 3359 0.905
9 - b Block de concreto de 20 cm de espesor con perlita 1700 0.650
9 - c Block de concreto de 20 cm de espesor con vermiculita 1700 0.700
9 - d Block de concreto de 20 cm de espesor, 2 o 3 huecos 1700 0.400
10 - a Bloque de adobe al exterior 0 0.930
10 - b Bloque de adobe al interior 0 0.582
11 Bloque de concreto celular curado c/autoclave 450 0.120 12 - a Bloque de tepetate o arenisca calcárea al exterior 0 1.047 12 - b Bloque de tepetate o arenisca calcárea al interior 0 0.930
13 Cartón corrugado impregnado de asfalto 0 0.823
Ganancia Total de Calor
Radiación Conducción Infiltración Internas Total
Losa 50.61% 23.02% 34.56% Norte 0.00% 17.64% 1.00% Sur 22.52% 17.65% 15.80% Oriente 13.75% 21.16% 10.23% Poniente 13.11% 20.53% 9.77% Total 100.00% 100.00% 0.00% 0.00% 71.35%
Tabla19 - Ganancia total de calor
4.4 – Análisis de materiales de contracción.
En esta sección se presentan las propiedades térmicas de los materiales más utilizados en la construcción. Se presenta su densidad y conductividad térmica. Estos datos los proporcionan las fichas técnicas de los materiales. Existen muchos materiales que por su composición original ya son considerados materiales térmicos.
4.4.1 – Propiedades de los materiales de construcción.
N MATERIAL DENSIDAD Kg/M³ TERMICA (K) W/mK CONDUCTIVIDAD
1 Acero y fierro 7800 52.300
2 Adobe 0.012 0,024
3 Aluminio 2700 204.000
4 Arena seca, limpia 1700 0.407
5 Asbesto cemento 1799 0.796
6 Asfalto bituminoso impermeabilizante 1050 0.174
7 Azulejos y mosaicos 0 1.047
8 Baldosas cerámicas 0 1.750
9 - a Block de concreto 3359 0.905
9 - b Block de concreto de 20 cm de espesor con perlita 1700 0.650
9 - c Block de concreto de 20 cm de espesor con vermiculita 1700 0.700
9 - d Block de concreto de 20 cm de espesor, 2 o 3 huecos 1700 0.400
10 - a Bloque de adobe al exterior 0 0.930
10 - b Bloque de adobe al interior 0 0.582
11 Bloque de concreto celular curado c/autoclave 450 0.120 12 - a Bloque de tepetate o arenisca calcárea al exterior 0 1.047 12 - b Bloque de tepetate o arenisca calcárea al interior 0 0.930
13 Cartón corrugado impregnado de asfalto 0 0.823
Ganancia Total de Calor
Radiación Conducción Infiltración Internas Total
Losa 50.61% 23.02% 34.56% Norte 0.00% 17.64% 1.00% Sur 22.52% 17.65% 15.80% Oriente 13.75% 21.16% 10.23% Poniente 13.11% 20.53% 9.77% Total 100.00% 100.00% 0.00% 0.00% 71.35%
14 Cemento crest 100% 1420 0.896
15 Cobre 8900 372.200
16 - a Concreto armado 2300 1.740
16 - b Concreto ligero al exterior 1250 0.698
16 - c Concreto ligero al interior 1250 0.582
16 – d Concreto simple al exterior 2200 1.280
17 - a Espuma de poliuretano 25 0.027 17 - b Espuma de poliuretano 30 0.026 17 - c Espuma de poliuretano 40 0.025 17 - d Espuma de poliuretano 45 0.025 17 - e Espuma de poliuretano 60 0.025 17 - f Espuma de poliuretano 70 0.027 18 - a Fibro – cemento 920 0.220 18 - b Fibro – cemento 1000 0.230 18 - c Fibro – cemento 1135 0.230
19 Fieltro de papel permeable 0 0.000
20 - a Hormigón armado 2400 1.630
20 - b Hormigón con áridos ligeros 1000 0.330
20 - c Hormigón con áridos ligeros 1400 0.550
21 - a Hormigón liviano a base de poliestireno expandido 260 0.088 21 - b Hormigón liviano a base de poliestireno expandido 320 0.105 21 - c Hormigón liviano a base de poliestireno expandido 430 0.134 21 - d Hormigón liviano a base de poliestireno expandido 640 0.214 21 - e Hormigón liviano a base de poliestireno expandido 840 0.269 21 - f Hormigón liviano a base de poliestireno expandido 1100 0.387
22 - a Ladrillo macizo hecho a máquina 1000 0.460
22 - b Ladrillo macizo hecho a máquina 1200 0.520
22 - c Ladrillo macizo hecho a máquina 1400 0.600
22 - d Ladrillo macizo hecho a máquina 1800 0.790
22 - e Ladrillo macizo hecho a máquina 2000 1.000
23 Ladrillo hecho a mano 0 0.500
24 Ladrillo de milpa 0 1.218
25 Ladrillo exterior 0 0.872
26 Ladrillo exterior con recubr.imperm por fuera 0 0.768
27 Ladrillo Lamosa 1934 0.883
28 Lamina galvanizada 0 200.323
29 - a Lana mineral, colchoneta 40 0.042
29 - b Lana mineral, colchoneta 50 0.041
29 - c Lana mineral, colchoneta 70 0.038
29 - d Lana mineral, colchoneta 90 0.037
29 - e Lana mineral, colchoneta 110 0.040
29 - f Lana mineral, colchoneta 120 0.042
30 - a Lana de vidrio 10 0.044 30 - b Lana de vidrio 11 0.042 30 - c Lana de vidrio 12 0.041 30 - d Lana de vidrio 13 0.040 31 - a Madera álamo 380 0.091 31 - b Madera alerce 560 0.134 31 - c Madera blanda 610 0.130
31 - d Madera de cedro 505 0.130 31 - e Madera ciogue 670 0.145 31 - f Madera lingue 640 0.136 31 - g Madera de fresno 674 0.164 31 - h Madera de pino 410 0.104 31 - i Madera de raulí 580 0.121 31 - j Madera de roble 800 0.157
31 - k Madera viruta aglutinada, (pamacón) 700 0.163
32 Membrana asfáltica impermeabilizante 1127 0.170
33 - a Tableros de madera aglomerado de partículas 400 0.095 33 - b Tableros de madera aglomerado de partículas 420 0.094 33 - c Tableros de madera aglomerado de partículas 460 0.098 33 - d Tableros de madera aglomerado de partículas 560 0.102 33 - e Tableros de madera aglomerado de partículas 600 0.103 33 - f Tableros de madera aglomerado de partículas 620 0.105 33 - g Tableros de madera aglomerado de partículas 650 0.106 33 - h Tableros de madera aglomerado de fibras 850 0.230 33 - i Tableros de madera aglomerado de fibras 930 0.260 33 - j Tableros de madera aglomerado de fibras 1030 0.280
34 - a Mármol 2500 2.000
34 - b Mármol 2850 3.500
35 - a Mortero cemento 2000 1.400
35 - b Mortero cemento arena 2000 0.630
35 - c Mortero con arcilla expandida 700 0.250
35 - d Mortero con vermiculita 500 0.180
35 - e Mortero de aplanado 1949 1.000
35 - f Mortero de cal al exterior 0 0.872
35 - g Mortero de cal al interior 0 0.698
36 - a Piedra caliza 2180 1.400
36 - b Piedra de arenisca 2000 1.300
36 - c Piedra de granito, basalto 2600 2.500
36 - d Piedra de mármol 2500 2.000 36 - e Piedra de pizarra 2700 2.000 37 - a Placa de concreto 1800 0.582 37 - b Placa de fibracel 1000 0.128 38 - a Placas de poliestireno 10 0.043 38 - b Placas de poliestireno 15 0.041 38 - c Placas de poliestireno 20 0.038 38 - d Placas de poliestireno 30 0.036
39 - a Tabique de barro extruido 2050 1.282
39 - b Tabique ligero al exterior 1600 0.814
39 - c Tabique ligero con recub.imperm.por fuera 1600 0.698
39 - d Tabique rojo recocido común 2000 0.872
40 Tablero de asbesto cemento 1932 0.557
41 Teja 0 0.000
42 Terrados secos en azoteas 0 0.582
43 Tezontle 0 0.186
44 Tierra, arena o grava expuesta a la lluvia 0 2.326
45 - b Vidrio plano 2500 1.200 46 - a Yeso 800 0.372 46 - d Yeso cerámico 1100 0.684 47 - a Yeso cartón 650 0.240 47 - b Yeso cartón 700 0.260 47 - c Yeso cartón 870 0.310
4.4.2 – Materiales alternos para la construcción.
¨ … los materiales no son tan distintos a los que tenemos en los países latinoamericanos, están el poliestireno, poliuretano y los paneles, lo distinto e interesante son las soluciones técnicas de los sistemas constructivos…¨ Loeser Enrique, articulo central de la revista BIT, Chile 2006.
A continuación se mostraran algunas soluciones constructivas ya experimentadas en otros países, las cuales podrían ser usadas en México, ya que aportan muchos beneficios tanto económicos, constructivos y térmicos. En primer
término destaca un aislante térmico para muro y cielo elaborado en base a papel
reciclado. Se trata de un producto de bajo costo de producción cuya materia prima es el papel reciclado, este se proyecta como si fuera shotcrete, también está la modalidad en rollo para cubrir diferentes superficies. www.thermocell.com. En la misma línea otra industria desarrollo un sistema 80 % constituido de papel de diario reciclado. El fabricante explica que la celulosa actúa como concha protectora reduciendo la transmisión de calor y sonido. La celulosa, que presenta una textura suave, es soplada. www.cellulose.com.
El aluminio representa otro material importante en el aislamiento y confort térmico. Una compañía canadiense desarrollo el papel de aluminio el cual pertenece a la familia de los diseños reflectivos y el cual permite una gran variedad de aplicaciones.
El material provee protección en la transferencia de calor radiante, que se produce cuando un objeto es temperado por el aire alrededor de éste. El fabricante asegura que al instalar correctamente el papel de aluminio se reduce dramáticamente el total del calor del recubrimiento, reflectando alrededor del 97% del calor que recibe una vivienda en verano y conservando la temperatura en invierno. Así, la aplicación para muros resuelve la ganancia y pérdida de calor y la condensación, según el fabricante. Además, forma parte de un sistema constructivo que está provisto de burbujas de polietileno que reducen el riesgo de condensación.
www.rfoil.com.
Como una innovación podemos encontrar el aislante de dos componentes
consistente en una fibra de celulosa retardante al fuego tratada en seco combinada con un adhesivo especial. Este producto se aplicada en forma de spray sobre cual quier superficie rígida (madera, metal vidrio, hormigón ladrillo, y espuma de poliuretano, entre otros). La conductividad térmica del producto, 0,041 W/m °C.
Entre los hormigones se está trabajando en el desarrollo de productos con aislamiento por el exterior de las estructuras, por el interior y al centro de los muros. Entre las alternativas que se destaca el ladrillo liviano de poliestireno expandido que se rellena de hormigón, para la fabricación en sitio del, el cual permanecerá en la estructura. El procedimiento consiste en armar hilera tras hilera hasta completar la altura de una planta, el montaje es simple, las caras inferior y posterior del ladrillo están constituidas por encastres macho y hembra que permiten el ensamble. Además destacan la rapidez de ejecución “para una vivienda de 100 m², dos operarios realizan el armado de todos los muros en un día”.
El material es apto para la construcción de viviendas en planta baja, alta y sótanos, con una aislación térmica de U= 0,25 Kcal/m²hºC (0,28 W/m²K) para el ladrillo de 25 cm de espesor y K= 0,37 Kcal/m²HºC (0,4 3 W/m²K), para el ladrillo de 12, 5 cm de espesor. www.exacta.cl.
Imagen 21 – Sistemas constructivos.
Otro desarrollo es el bloque estructural de hormigón celular auto clavado, que se obtiene a través de la mezcla dosificada de arena de sílice, cemento y cal, más agua y un agente expansor. El material cubre los requerimientos para utilizarse en muros estructúrateles o tabiques divisorios, según su espesor. La construcción con bloques es simple, ya que utiliza los sistemas tradicionales de albañilería armada y confinada. La estructura del bloque proporciona aislamiento térmico debido a la baja conductividad térmica del bloque. Un bloque de 15 cm sin estuco proporciona un U de 0,9 W/m2°K. www.xella.c l.
En cuanto a los paneles se proponen soluciones orientadas a mejorar técnicamente muros y pisos. Como es el caso del sistema constructivo con cavidad, formada por un bastidor de madera y/o metálico estructural, amoldable en su diseño a la necesidad de casa proyecto. Este se conforma por materiales de planchas fibrocementos Duraboard de 4 hasta 10 mm de espesor (laso exterior), lanas de vidrio Aislaglass y/o de escoria de cobre Aislán (en la cavidad), más planchas de yeso cartón (lado interior) la que consigue valores térmicos. Para muros se plantean dos alternativas de revestimiento, resultante de la combinación de una plancha de yeso cartón mas lana de vidrio y/o poliestireno expandido de diversos espesores que se constituye en una solución constructiva de pegado directo o indirecto sobre el muro,
aumentando el rendimiento térmico de muros de hormigón, albañilería y bloques de hormigos.
Imagen 22 – Sistemas constructivos
En piso esta la solución constructiva con panel losa, usualmente instalado sobre el pavimento, que al producir un corte elástico, proporciona un beneficio adicional al térmico, además de un mayor aislamiento acústico en la vivienda.
www.volcan.cl
Existen muchas alternativas y métodos no convencionales de construcción que se están probando y desarrollando en otros países, como es el uso de maderas, metales, espumas rígidas moldajes permanentes de PVC y otros elementos. En su mayoría admiten diversos revestimientos que proveen aislación térmica y acústica.
4.4.3 – Análisis de los materiales para la evaluación experimental
1) Poliestireno Extruido - es un aislamiento térmico de espuma rígida de en paneles manufacturados los cuales tiene una superficie lisa y una estructura de celdas cerradas con paredes que se interconectadas unas con otras sin dejar vacíos. Esto le permite tener altos valores de resistencia térmica y una resistencia superior al flujo de humedad, que lo hace un producto ideal para aislar losas de concreto y muros. El producto se fabrica en diferentes resistencias a la compresión para satisfacer todas las necesidades del constructor: 25 lb/in², 40 lb/in² y 60 lb/in². Se recomienda un espesor de 2” para losas y 1” para muros.
Aplicaciones
Debido a sus excelentes propiedades, es utilizado para una gran diversidad de aplicaciones; se adapta a todos los sistemas constructivos de muros, techos y pisos. Es compatible: Con sistemas de construcción tradicional de muros de block o ladrillo, muros de concreto y muros de bastidores metálicos o de madera. El poliestireno extruido presenta alta resistencia a la humedad y vapor, gracias a su estructura de celdas cerradas que no permite espacios por donde se filtre el agua. Además de que es lavable y puede pintarse.
Las placas de poliestireno extruido se pueden presentar con bordes rectos o traslapados, en espesores que van desde 1 “a 4”, tomando en cuenta que mientras más espesor presente, mayor resistencia térmica presentara.