domingo, 22 de julio de 2018

XXV Simposio Peruano de Energía Solar (XXV SPES-2018)

El anfitrión de este año para la realización del XXV Simposio Peruano de Energía Solar (SPES ) es la Universidad Nacional de Cajamarca entre las fechas del 12 al 16 de noviembre del 2018. Así que, Cajamarca los espera!!! 

Las inscripciones para participar ya sea como asistente o expositor están abiertas y, el contacto para consultas o informes es: contacto@perusolar.org 


sábado, 17 de marzo de 2018

Calefacción Solar Pasiva

La calefacción solar pasiva es una estrategia bioclimática que permite aprovechar la radiación solar para mediante el uso de materiales y sistemas pasivos (no hay requerimiento de ningún sistema mecánico-eléctrico) sobre la envolvente de una vivienda, se colecte el calor solar en su masa y, a través del uso de coberturas transparentes y ventanas, se deje pasar la radiación solar directa y que esta quede atrapada en su interior. Así como también, aprovechar la ganancia de calor por radiación solar indirecta mediante el uso de invernaderos adosados a la vivienda donde el aire llega alcanzar temperaturas de hasta 45°C como máximo, y con promedios darios de 15°C, este aire caliente por convección natural puede ser trasladado al interior de la vivienda por medio de una ventana que comunica ambos volúmenes. Cabe recalcar que así como el invernadero por el día incrementa considerablemente la temperatura del aire interior, este por las noches desciende tan igual como la temperatura exterior. El beneficio esta que durante el día, el aire caliente puede ser transportado hacia el interior de la vivienda ya sea por convención natural o forzada, ademas de calentar la pared divisoria para almacenar el calor en su masa y ser trasladada naturalmente por conducción y posteriormente por radiación al interior de la vivienda.

Figura 1. Principios básicos de un diseño bioclimático (https://www.e-rt2012.fr)

Estos sistemas simples, prácticos y económicos, contribuyen significativamente a cubrir ciertas demandas de calefacción que, para aprovechar la captura o cosecha de radiación solar, su orientación óptima hará cumplir dicho requisito.  

Los materiales que comúnmente se usan para estos elementos o sistemas son:

- Policarbonato  (D=1200 kg/m3, k=0.2 W/m°C, Ce=1200 J/kg°C)
- Vidrio (U= 5.7 W/m2°C))
- Polietileno alta densidad (D=980 kg/m3, k=0.5 W/m°C, Ce=1800 J/kg°C)

Figura 2. (izq.) policarbonato, (cen.) vidrio, (der.) agrofilm o plástico de alta densidad.


Invernaderos adosados, un invernadero funciona como un calentador y es una construcción transparente y contigua a una vivienda, su objetivo es la de precalentar el aire interior. La pared divisoria o común entre el ambiente interior de la vivienda y el interior del invernadero, van a depender de las opciones térmicas, si se aísla no se aprovechará su inercia térmica en el caso que la pared sea de adobe como lo son en las zonas rurales Altoandinas del Perú.

Un invernadero atrapa la energía solar, calienta el aire interior por efecto invernadero, de ahí deriva su nombre, y la transmite al interior de la vivienda por convección natural. Para su uso eficiente se tiene que evitar infiltraciones no deseadas y la vivienda se beneficiara de una ingesta calórica no despreciable.

Un estudio realizado a un invernadero adosado de 21.28m2 ubicado en la comunidad de San Francisco de Raymina en Vilcashuaman, Ayacucho, a 3700 msnm, registro las siguientes temperaturas:

Tabla 1. Temperatura al interior de un invernadero adosado (Molina, J.R., 2016).

Figura 3. Invernadero adosado en una vivienda a 3700 msnm.

Las claraboyas son ventanas en los techos de las viviendas que van a permitir el ingreso de la radiación solar y evitar que salga, así como, dotar a los ambientes de iluminación. Los materiales transparentes tienen la propiedad de dejar pasar la radiación solar al interior de la vivienda y al incidir con las superficies interiores, se calientan y emiten radiación infrarroja, para este tipo de radiación el vidrio se vuelve opaco y no permite que salga, este fenómeno es el conocido como el fenómeno de efecto invernadero. 

En la misma comunidad de San Francisco de Raymina se rehabilitó una vivienda implementándose 25% del área total del techo con claraboyas.

Figura 4. Claraboyas en el techo.

Ventanas, son medios que orientados adecuadamente, van ha permitir la entrada y captura de la radiación solar directa que permite actuar como calefacción natural y como sistema de iluminación. 

En un estudio realizado en Huaraz a 3100 msnm (Corrales, R., 2012), con el objetivo de determinar el sistema solar pasivo más eficaz para calentar viviendas de densidad media que se adapte a las condiciones ambientales y a los aspectos culturales de la ciudad de Huaraz, se obtuvo como resultado de que las edificaciones, para captar mejor la radiación solar , deben orientar sus aperturas en fachadas opuestas con orientación Este-Oeste, donde se obtiene un mejor rendimiento térmico, que cuando se orienta al Norte-Sur.

Figura 5. Tipología de las viviendas en la ciudad de Huaraz (Corrales, P.M., 2012).

Referencias

Molina, J., “Evaluación bioclimática de una vivienda rural alto andina de la Comunidad  San Francisco de Raymina de Ayacucho [Tesis para optar el grado académico de Maestro en Ciencias con Mención en Energías Renovables y Eficiencia Energética],” Universidad Nacional de Ingeniería, Lima - Perú, 2016.

Corrales, P.M., 2012. Sistema solar pasivo más eficaz para calentar viviendas de densidad media en Huaraz. Universidad Nacional de Ingeniería. Programa Cybertesis PERÚ

jueves, 15 de marzo de 2018

JORNADAS PERUANAS DE ENERGÍA SOLAR (JOPES-2018)

La Facultad de Ciencias de la Universidad de Nacional de Ingeniería (UNI) en conjunto con otras instituciones están organizando el evento gratuito Jornadas Peruanas de Energía Solar (JOPES 2018), a llevarse a cabo el 10 y 11 de Mayo del 2018.

Quedan totalmente invitados a esta Jornada Solar que contará con la presencia de investigadores de nivel internacional donde compartirán los estudios que vienen realizando en sus centros de investigación.


El evento se llevará a cabo en el Auditorio de la Facultad de Ciencias de la UNI. Entrada por la puerta 5 de la UNI en la Av. Túpac Amaru, Rímac.


Para mayor información pueden comunicarse al siguiente correo:

jopes@persular.org



Aquí la invitación, no se lo pierdan. 

jueves, 15 de febrero de 2018

Año Meteorológico Típico (TMY)

El TMY de una región es una data meteorológica anual horaria generada a partir de datos reales de por lo menos 10 años (temperatura, humedad relativa, velocidad y dirección del viento, radiación solar, etc.) , donde, se trata de mostrar las condiciones climáticas que se presentan usualmente en una región particular. Su construcción se realiza seleccionando los meses más típicos, es decir, para enero podría ser de 2005, febrero 2013 y así sucesivamente.

Asimismo, los TMY están construidos para que todo el año reproduzca una situación meteorológica típica para el diseño de sistemas energéticos o arquitectónicos. Esta información permite modelar y simular el desempeño térmico de edificios de manera más realista y confiable. 
Fuente:  https://solargis.com/products/time-series-and-tmy-data/overview/

miércoles, 14 de febrero de 2018

ENERGYPLUS-Programa de simulación térmica dinámica para edificaciones


EnergyPlus es un motor de cálculo que se basa en un análisis de transferencia de calor dependiente del tiempo para estimar la demanda de energía en una edificación y la obtención de diversas variables de salida como, la temperatura y humedad relativa interior, radiación solar por m2 de superficie exterior e interior, pérdidas y ganancias de energía por elementos constructivos de la envolvente, entre otras.

EnergyPlus es de propiedad del Departamento de Energía de los EE.UU, es de código abierto y uso gratuito, y que al ser una herramienta computacional, facilita los cálculos dinámicos que realizados manualmente resultan engorrosos.

Para el modelamiento y simulación utilizando el EnergyPlus, este se apoya en dos programas, el SketchUp (de propiedad de Trimble Navigation)  que es un programa de diseño gráfico en 3D, y el OpenStudio  (de propiedad del Laboratorio Nacional de Energías Renovables-NREL), que es un interfaz gráfica que usa las herramientas del SketchUp para el uso del EnergyPlus. Dichos programas son de uso gratuito y se pueden descargar de los siguientes enlaces:

  • SketchUp


En este programa se crea la geometría en 3D, se asignan tipos de espacio, se asigna las superficies, y se guarda el archivo con la extensión .idf para el uso del energyplus.



Fig.1. Vista de la ventana de trabajo del SketchUp.

  • OpenStudio


En este programa se ingresan los materiales con sus propiedades termofísicas, se crean las construcciones por capas, se crean los horarios, y se pueden ejecutar simulaciones visualizando sus resultados.

Fig.2. Vista de la ventana de trabajo del OpenStudio.

  • EnergyPlus


Es el motor de cálculo para estimar la demanda de energía y cargas térmicas (calefacción y refrigeración) en una vivienda o edificio que permitan  mantener el confort térmico interior. Cabe señalar que el comportamiento térmico de un edificio está influenciado ya sea por el clima, su forma, los materiales que constituyen su envolvente, su orientación que tiene que estar integrado al clima y las ventanas.

El EnergyPlus trabaja con el EP-Launch donde se carga el archivo de trabajo generado en el SketchUp y OpenStudio con extensión IDF, se carga el archivo de clima con extensión EPW, se ejecuta la simulación, se visualizan los errores de la simulación en caso lo hubiera, y se obtienen las variables de salida.

El otro subprograma por denominarlo así es el IDF Editor, donde se ingresan las variables de entrada de acuerdo a las características del edificio, su uso, controles, periodo de ejecución de la simulación, ubicación del edificio, horarios, entre otros.


Fig.3. Ventana del EP-Launch.

Fig.4. Ventana del IDF Editor.

La metodología de uso del EnergyPlus parte por:

  • Contar con un archivo de clima horario, para ello se tiene que instalar una estación meteorológica en el lugar de estudio donde se construirá la vivienda o en todo caso utilizar los datos meteorológicos de la estación más cercana. Los archivos de clima a cargar en el EnergyPlus van con extensión EPW. El EnergyPlus cuenta con 3 archivos de clima con dicha extensión, para Lima, Arequipa y Cusco los cuales se pueden descargar de los siguientes enlaces:
AREQUIPA

CUSCO

LIMA

  • Contar con los planos al detalle, puertas, ventanas, claraboyas,...
  • Contar con información sobre la operatividad del edificio para la creación de sus respectivos horarios de controles.
  • Contar con información del control de los sistemas de climatización (calefacción-refrigeración) para la creación de sus horarios de control.

Y entre las variables de entrada al Energyplus se tiene:

  • El control de la simulación (por días de diseño o archivos de clima)
  • Las características de ubicación del edificio
  • Los algoritmos de cálculo
  • La localización del edificio
  • Periodo de ejecución de la simulación
  • Temperatura del suelo
  • Los horarios o controles de uso del edificio, personas, equipos, iluminación, …
  • Materiales
  • Cámaras de aire
  • Materiales de ventanas
  • Tipo de gas en ventanas en caso de llevar doble vidrio
  • Construcción
  • Detalles de superficies del edificio
  • Detalles de puertas y ventanas
  • Control de sombras de ventanas
  • Infiltraciones
  • Intercambios de aire entre zonas
  • ….

Y las variables de salida como:
  • Temperatura interior
  • Humedad Relativa interior
  • Pérdidas de energía por elementos constructivos
  • Ganancias de energía por elementos constructivos
  • Radiación solar incidente por m2 de superficies exterior
  • Radiación solar incidente por m2 de superficie interior
  •  …..
Como referencia del uso de los programas mencionados para determinar las cargas térmicas y temperatura interior, les comparto un estudio de caso desarrollado sobre un módulo de vivienda experimental altoandina en Ayacucho.

domingo, 11 de febrero de 2018

Infiltraciones de aire en viviendas altoandinas


Un tema que contribuye a que las temperaturas al interior de las viviendas en las zonas rurales altoandinas del Perú desciendan, son las INFILTRACIONES, que son flujos de aire que ingresan y salen de las viviendas de manera no intencionada (involuntaria), ya sea por el abrir y cerrar puertas exteriores, grietas, aberturas, u otro orificio en la envolvente de la vivienda debido a diferencias de presión del aire entre el interior y exterior. En viviendas cuyo sistema constructivo es el tradicional mediante el uso de adobes o tapial para los muros o paredes, es común observar estas infiltraciones principalmente entre vanos de puertas y ventanas con sus marcos, y en el encuentro muro techo.

Fig.1. Infiltraciones por el vano y marco de puerta.

Fig.2. Infiltraciones por la cumbrera del techo.

Un tema que acarrea también al problema de las infiltraciones son las prestaciones de servicio en lo que respecto a la carpintería. En las zonas rurales la mano de obra en este oficio aun es incipiente y los trabajos realizados no garantizan una buena hermeticidad tanto de puertas como de ventanas.


Las infiltraciones siempre van a estar presentes en un mayor o menor grado porque las envolventes no son del todo estancas. Entonces, en una vivienda con infiltraciones considerables, la temperatura interior será casi la misma que la exterior y sus elementos constructivos, no garantizaran una barrera al frío extremo o “heladas” (descensos de temperatura hasta y por debajo de los 0°C), que como consecuencia, el desempeño térmico (confort térmico) de la vivienda disminuirá y la demanda de energía aumentará.

A continuación se presenta algunos conceptos referentes al tema:

Renovación de aire

Es sustituir el aire interior de una vivienda por aire exterior, es decir, renovar o intercambiar el aire contaminado por aire limpio. Cabe resaltar que este proceso va a generar una pérdida de energía dado a que por lo general el aire interior está más caliente que el aire exterior. Renovar el aire se puede realizar ya sea por ventilación o infiltración.

Aire de ventilación

Se utiliza para proporcionar una correcta calidad del aire interior ya sea por ventilación natural o ventilación forzada, infiltraciones, aire de recirculación correctamente tratado, transferencia de aire, o por la combinación de las anteriores.

Ventilación

Es la introducción intencionada de aire del exterior al interior de una vivienda. Puede ser por, ventilación natural, ventilación mecánica o ventilación hibrida (mezcla de las dos primeras).

Ventilación natural

Es el flujo de aire a través de las ventanas y puertas abiertas, rejillas de ventilación o cualquier otra abertura situada de forma predeterminada e intencionada en la envolvente de la vivienda. El aire se mueve por diferencias de presión producidas de forma natural.

Ventilación mecánica

Es una ventilación intencionada, para la cual se colocan sistemas mecánicos como, ventiladores o extractores de aire.

Infiltraciones

Es el flujo de aire que ingresa y sale de una vivienda de manera no intencionada, ya sea por grietas, aberturas, agujeros, u otro orificio en la envolvente de la vivienda. En viviendas rurales de adobe, este se presente principalmente  entre vanos de puertas y ventanas con sus marcos, y en el encuentro muro techo. Ninguna envolvente de vivienda es totalmente estanca.

Exfiltración

Es cuando el aire interior sale al exterior a través de grietas u otras aberturas no colocadas intencionalmente en la envolvente de la vivienda. Los mecanismos que lo producen son los mismos que para la ventilación natural.

Transferencia de aire

Es el aire que se mueve desde un ambiente a otro de manera intencionada o no.

sábado, 13 de enero de 2018

SketchUp: Manejo y Aplicaciones

SketchUp es un programa de diseño gráfico y modelado en 3D muy utilizado principalmente en proyectos desarrollados por arquitectos e ingenieros que permite crear en base a un abanico de herramientas, modelos de edificaciones y sus componentes que las integran así como cualquier pieza mecánica. SketchUp es de propiedad de Trimble Navigation (anteriormente pertenecía a Google quien la vendió el 2012) y se puede descargar gratuitamente de la web en sus diversas versiones en el siguiente enlace.


SketchUp permite que uno pueda importar y exportar archivos de AutoCad y trabajar sobre la base de ello partiendo de un diagrama en 2D y extendiéndolo para generar diseños en 3D. Asimismo, los diseños o modelos pueden ser colocados sobre imágenes de Google Earth.

El aprendizaje de este programa en su nivel básico bien podría ser impartido en las escuelas para que los adolescentes o niños den rienda suelta su creatividad y se sientan libres de crear cualquier diseño que se imaginen. El programa también incluye una galería de objetos, texturas e imágenes para descargarlos y complementar el diseño de alguna idea de proyecto.

Modelo de vivienda rural

Modelo de cocina mejorada a leña para zonas rurales

Modelo de vivienda con uso de claraboyas

Como ayuda en su aprendizaje pueden apoyarse viendo la serie de videos en el siguiente enlace:




También tienen en el siguiente tutorial para iniciarse en la modelación con SketchUp: