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INTRODUCCIÓN

Actualmente vivimos en un ambiente que sufre las consecuencias del cambio climático ocasionado por el hombre, tanto por el agotamiento como por la cantidad de contaminantes que nuestra vida cotidiana genera (generación de desechos no biodegradables, emisiones de CO2 debido a los automóviles y la generación de energía, deforestación, entre otros). Hay ciertas actividades que tienen mayor impacto que otras. En la industria de la construcción la generación de desechos y contaminación también es un tema relevante.

Gerardo Arista et al., indican que “…la industria de la construcción constituye, una de las mayores generadoras de la crisis medio-ambiental actual, mediante el agotamiento de los recursos naturales. Según datos internacionales, la construcción consume cerca del 25% de los bosques y el 40% de rocas, gravas y arenas utilizadas anualmente en el planeta (Salas, 1997).

Analizando el tema específico de la vivienda, ésta no sólo genera un daño desde el punto de vista de su realización sino durante su mantenimiento (gastos energéticos de luz, gas natural o LP, agua potable, drenaje, etc.) y al terminar su vida útil al convertirse en escombro y por ende en desecho no biodegradable, acumulándose como basura.

La construcción de vivienda es una importante actividad económica, representa el 2.4 por ciento del Producto Interno Bruto nacional y tan sólo el año pasado generó un millón 300 empleos empero, esta industria es la que genera más emisiones contaminantes a la atmósfera. De acuerdo con Adrián Fernández, titular del Instituto Nacional de Ecología, en la actualidad las emisiones son del orden de tres toneladas, que se irán incrementando, ya que cada año al parque habitacional existente se suman tres cuartos de millón de casas (Hurtado, 2011).

A pesar de esto, se siguen utilizando los mismos métodos constructivos que carecen de beneficio térmico para los habitantes de las viviendas, generando que los costos de mantenimiento aumenten al modificar el microclima que se genera al interior de las viviendas, lo que resulta un alto gasto de energía y un fuerte impacto ambiental.

En nuestro país, la generalización de dichos materiales, como el block de concreto ha surgido sobre todo por su practicidad y facilidad de manejo en obra, así como su adaptación a cualquier entorno sobre el que se encuentre, por lo que se ha convertido en la media estándar de la construcción, lo que permite que cualquiera pueda diseñar y construir bajo los parámetros en cualquier parte de la república, facilitando el control y la supervisión a un precio razonable. Sin embargo, estas afirmaciones no justifican la falta de confort que se ha generado en las viviendas de la mayor parte de la población del país las cuales son construidas bajo esos sistemas constructivos.

Actualmente, han surgido algunos proyectos que pretenden ser una solución a los problemas antes mencionados (de confort térmico y de impacto ambiental), pero dichas soluciones involucran una tecnología cara y/o extranjera, por lo que no siempre se tiene la facilidad de incorporarlo en los nuevos proyectos de vivienda. Estas soluciones aparecen con mayor frecuencia en sectores donde la capacidad económica les permite invertir en dicho sistema constructivo.

Por lo mismo son ejemplos aislados, que aun sumándolos no representan una gran diferencia en la disminución del impacto generado al medio ambiente, puesto que no representan ninguna mayoría y los sistemas que implementan no se pueden aplicar con facilidad a los edificios ya construidos.

Sin embargo, si se trasladara el uso de dichos sistemas constructivos a un mercado más grande como lo es el sector de vivienda media, en el caso de las nuevas tecnologías su producción aumentaría y el costo de inversión se reduciría, y en el caso de soluciones de energía pasiva, podrían adaptarse soluciones análogas, pero regionalizándolas con materiales de fácil acceso en las localidades para que su implementación no aumente el costo de las viviendas y aun así cuenten con un confort térmico y puedan reducir los gastos energéticos de la vivienda.

Domínguez y Morillón (2002) estimaron que un correcto diseño bioclimático de las 2´310,000 viviendas que el Infonavit previó construir durante el periodo 2001-2010 hubiera conllevado un ahorro de 4´869,711 kWh eléctricos, para el año 2010. Asimismo, se habrían dejado de emitir 3,316.27 toneladas de CO2 equivalentes totales (Solís, 2010).

Debido a lo anterior, lo que se busca con este estudio es definir un sistema de muro que permita proporcionar confort térmico a los usuarios, para reducir los gastos energéticos por calefacción o enfriamiento de la vivienda, así como la reutilización de algunos de los materiales involucrados en su realización para que puedan ser utilizados una vez que la vivienda haya terminado su vida útil.

Los materiales que se utilizaron para el presente estudio se pueden encontrar en el mercado, con el objetivo de demostrar cómo su uso correcto puede reducir en el gasto energético en una vivienda. Para lo anterior se analizaron las propiedades de conductividad (W) y resistencia térmica (R) de los materiales.

El objetivo de esta investigación es generar un sistema de muro que proporcione confort térmico en Saltillo, Coahuila a un precio accesible para el nivel de vivienda media.

La implementación del sistema de muro seleccionado podrá generar mejores condiciones de vivienda en términos de confort térmico y reducirá el gasto energético generado por el mantenimiento de las viviendas en la búsqueda de un microclima ideal.

METODOLOGÍA

Para la realización del análisis de los sistemas de muros se realizó la siguiente metodología.

Medición de temperatura

1. Se establecieron las propiedades físicas proporcionadas por los proveedores (espesor, factor R, etc.) de los diferentes materiales de construcción existentes en el mercado actual, así como su costo para definir cuáles son los más convenientes en cuanto a costo/aislamiento.

2. Se seleccionaron los materiales para realizar únicamente tres sistemas de muro con base en lo comentado en el punto anterior, (ver figura 1).

3. Se realizaron modelos de los sistemas, escala 1:1, de 0.20 x 0.40 m, abarcado sólo una pieza de block de 15 cm de ancho para cada modelo.

Figura 1. Detalle constructivo de los 3 sistemas de muros. Fuente: Elaboración propia.

4. Se aplicó calor de modo directo con un calentador de 1500 watts colocado debajo de los modelos durante 8 horas, y se midió la cantidad de calor que pasa en cada uno de ellos con el medidor de temperatura HOBO; después de ese lapso de tiempo se apagó el calentador y se midió por otras 8 horas el tiempo que tarde en enfriarse el modelo (ver Figura 2).

Para el análisis de los sistemas de muro se suministró la misma fuente de calor a cada uno de los materiales con el fin de simular la conductividad térmica de los materiales, colocando el calentador debajo del muro con una separación de 30 cm de la fuente de calor. El experimento se llevó a cabo dentro de las instalaciones de la Universidad Autónoma de Coahuila, campus Campo Redondo y se tomó como ejemplo el experimento realizado por Roux y Gallegos en 2015 en su artículo “Construcción sustentable, análisis de retraso térmico a bloques de tierra comprimido”.

La medición se realizó con el sistema HOBOware, durante 16 horas cada uno, colocando un termopar conectado a la cara exterior y otro en la cara interior, se registraron mediciones a cada 15 minutos, iniciando el evento a las 08:30 horas y aplicando calor por un periodo de 8 horas, hasta las 16:30 horas. Después se dejaron los termopares conectados para ver cuánto tardaba en enfriarse el material, con el objetivo de analizar la pérdida de la energía calorífica. Estos datos efectivamente nos sirvieron para determinar cuál es el sistema más eficiente.

El resultado de las pruebas nos ayudó a determinar cuál es el material más óptimo para cumplir con los objetivos del proyecto.

Para la página Ener Hábitat

5. Se ingresaron los espesores y materiales de cada capa de los tres sistemas de muro a la página de Internet de Ener Hábitat y el programa generó las gráficas del comportamiento térmico de cada sistema.

Para el modelo 3D en Revit y Green Building Studio

6. Se aplicó cada uno de los sistemas de muro sobre el modelo en 3D de una vivienda tipo de 43 m2 y el programa generó el reporte con la siguiente información:

Algunos de los datos que nos da Green Building Studio en cuanto al análisis son:

· Emisiones de carbono anuales

· Uso/Costo de energía anual

· Uso de energía: combustible

· Uso de energía: electricidad

· Grupos de temperatura anual

· Medias meteorológicas diurnas

· Humedad

7. A partir de la información recabada se realizó un análisis donde se estableció cuál fue el sistema que ofrece un mejor rendimiento térmico, y qué probabilidades hay de implementar dicho sistema en la construcción de viviendas en la ciudad de Saltillo.

DESARROLLO DEL PROYECTO

Para elegir los materiales del sistema del muro más conveniente fue necesario analizarlos individualmente. Se presenta una tabla de los materiales de construcción encontrados en el mercado de la región, con las especificaciones proporcionadas por el proveedor. Es importante mencionar que los factores de conductividad de algunos de los materiales mostrados se encuentran en la norma “NOM-020-ENER-2011 Eficiencia energética en edificaciones. Envolvente de edificios para uso habitacional”, sin embargo, para un primer acercamiento al tema se proponen los datos proporcionados por las fichas técnicas de los fabricantes de los productos.

La tabla 1 posee información de materiales comerciales, posteriormente se realizará un análisis de materiales vernáculos, regionales fabricados empíricamente.

Para la realización de la fase de experimentación se utilizó el sistema 1.003 Muro de block + Poliestireno + Tablaroca R1.14, puesto que ofrece un factor R alto sin tener un alto impacto en el precio.

FASE DE EXPERMENTACIÓN

Se pretende el estudio de tres sistemas de muros para determinar cuál de éstos ofrece resistencia térmica y un costo accesible a las constructoras para que el factor económico no represente un obstáculo para su implementación.

Dichos muros consisten en uno de uso común para tener un punto de referencia, y dos con opciones de variaciones de material. Los sistemas son los siguientes:

1. Muro de Block de 15 x 20 x 40 cm, recubrimiento exterior de pasta fina 1 cm espesor, recubrimiento interior de yeso de 1 cm espesor. Espesor Total= 17 cm.

2. Muro de Block de 15 x 20 x 40 cm, recubrimiento exterior de pasta gruesa 1 cm espesor, recubrimiento interior de panel de yeso de 1.20 cm, espacio entre block y panel de yeso de 5.00 cm. Espesor Total= 22.20 cm.

3. Muro de Block de 15 x 20 x 40 cm, recubrimiento exterior de pasta gruesa 1 cm espesor y de recubrimiento interior material aislante de poli estireno de 2.54 cm espesor estándar, panel de yeso de 1.20 cm, espacio entre aislante y panel de yeso de 2.46 cm. Espesor Total= 22.20 cm.

El objetivo de la experimentación es analizar las propiedades térmicas de los tres sistemas de muro propuestos, para determinar el retraso térmico que cada uno de ellos presenta para esto se aplicó una fuente de calor controlada en el laboratorio de la Facultad. De esta manera podemos apreciar la transmisión de calor de cada sistema con distintos materiales.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

A continuación se puede observar la variación de temperaturas interiores y exteriores en cada sistema de muro, en las siguientes tablas y gráficas arrojadas por el sistema HOBOware.

De dichas mediciones se obtuvieron los siguientes resultados:

De la tabla anterior se obtuvieron las gráficas 1 y 2.

En el comportamiento de las gráficas se observa que en las temperaturas exteriores, los sistemas 2 y 3 llegan antes que el sistema 1 a su máximo temperatura, sin embargo, en las temperaturas interiores en ambos sistemas, en especial el 3 permite el paso de una menor cantidad de calor al interior de la vivienda.

Ener Habitat

Los datos que arrojó el programa ENER HABITAT son los siguientes:

· Sistema de muro 1

Para la página Ener Hábitat

Para el modelo 3D en Revit y Green Building Studio

6. Se aplicó cada uno de los sistemas de muro sobre el modelo en 3D de una vivienda tipo de 43 m2 y el programa generó el reporte con la siguiente información:

Algunos de los datos que nos da Green Building Studio en cuanto al análisis son:

· Emisiones de carbono anuales

· Uso/Costo de energía anual

· Uso de energía: combustible

· Uso de energía: electricidad

· Grupos de temperatura anual

· Medias meteorológicas diurnas

· Humedad

7. A partir de la información recabada, se realizó un análisis donde se estableció cuál fue el sistema que ofrece un mejor rendimiento térmico, y qué probabilidades hay de implementar dicho sistema en la construcción de viviendas en la ciudad de Saltillo.

DESARROLLO DEL PROYECTO

Para elegir los materiales del sistema del muro más conveniente fue necesario analizarlos individualmente. Se presenta una tabla de los materiales de construcción encontrados en el mercado de la región, con las especificaciones proporcionadas por el proveedor. Es importante mencionar que los factores de conductividad de algunos de los materiales mostrados se encuentran en la norma “NOM-020-ENER-2011 Eficiencia energética en edificaciones. Envolvente de edificios para uso habitacional”, sin embargo, para un primer acercamiento al tema se proponen los datos proporcionados por las fichas técnicas de los fabricantes de los productos.

La Tabla 1 posee información de materiales comerciales, posteriormente se realizará un análisis de materiales vernáculos, regionales fabricados empíricamente.

De los materiales anteriores se proponen en la Tabla 2 los siguientes sistemas de muros.

Para corroborar la investigación y análisis de sistema de muros para determinar cuál de estos ofrece un mejor confort térmico y así mismo producir un menor impacto ambiental se realizaron pruebas técnicas simulando el efecto del sol sobre el muro, se registraron las temperaturas durante las pruebas con la finalidad de medir el retraso térmico según el material a analizar. Figura 3.

Ener Habitat

Los datos que arrojó el programa ENER HABITAT son los siguientes:

· Sistema de muro 1

· Sistema de muro 2

· Sistemas de muros 3

Con base en las gráficas proporcionadas por la página de Ener Hábitat,(Sistemas de muro, Gráfica 3; Sistemas de muro 2, Gráfica 4; Sistemas de muro 3, Gráfica 5), se puede concluir que la mayor temperatura de los sistemas de muros analizados se presentará a las 18:00 horas, alrededor de 33 °C, al haber una temperatura ambiente de 22 °C aproximadamente, después de estar expuesto al sol aproximadamente 9 horas, tanto en el sistema 2 como en el 3. Ésta es una diferencia de alrededor de 11 °C entre el exterior y el interior de la vivienda. También podemos percibir que el sistema 3 pierde dicho calor de manera más lenta, lo cual es benéfico en época de invierno.

Revit Autodesk & Green Buildin Studio

Se ingresaron los datos y las características físicas de cada uno de los materiales utilizados en los sistemas de muros propuestos para generar un análisis a través del software antes mencionado que estime la cantidad de energía requerida para mantener el modelo de vivienda presentado. Los resultados indicaron que con el sistema de muro 3 se requiere una menor cantidad de energía para la refrigeración y el calentamiento del interior de la vivienda.

· Gráficas del Sistema de Muro 1:

CONCLUSIONES

De acuerdo con la experimentación realizada, se concluye que el sistema de muro 3 aparte de presentar mayor aislamiento térmico, es el que tarda más en liberar la energía absorbida de acuerdo con la gráfica 1 (análisis físico) y a la gráfica 4 (Ener Hábitat), y por otro lado, los resultados que arrojan el análisis energético de Revit Autodesk y Green Building Studio, indican que emite 2 toneladas de emisiones de carbono menos que el primer sistema de muro, al considerar requiere menor cantidad de generación de energía y combustible para el aire acondicionado, tanto para enfriamiento como para calentamiento del interior de la vivienda.

Según datos de la tabla 2, podemos definir que el precio del sistema de muro 3 es de $146.82 MXN, dicho precio es únicamente de los materiales, a pesar de su alto costo para las constructoras ofrece una ventaja a la larga para los clientes, con materiales que podemos encontrar fácilmente en la localidad, y que no requiere de conocimientos especializados para su colocación.

Por lo tanto, se puede decir que es un sistema viable económicamente y que además ofrece la posibilidad de reutilización de materiales (panel de yeso y el poliestireno) con el mantenimiento adecuado, permitiendo que su ciclo de vida sea más largo, y por lo tanto supone un ahorro de energía a largo plazo.

No obstante, es necesario proponer y seguir analizando otros sistemas alternativos diferentes al que se plantea en el presente estudio, puesto que, a pesar de contar con cierto grado de aislamiento térmico, el espesor (22.20 cm) puede llegar a ser un inconveniente en el tipo de vivienda social, como la analizada en el presente documento, la cual al contar con sólo 43.00 m2 de construcción pierde espacio al interior mientras más anchos sean sus muros.

Otro elemento de la envolvente arquitectónica que requiere especial atención en temas de eficiencia energética o rendimiento térmico es la losa, la cual capta grandes cantidades de energía calorífica, en ocasiones mayores a las de los muros, y que tampoco ha sufrido cambios en el sistema constructivo en los últimos años. Con lo anterior, solo cabe mencionar que para que un sistema de muro tenga un buen desempeño y sea eficiente energéticamente debe trabajar en conjunto con el resto de los elementos que forman parte de la envolvente arquitectónica, ya que, a pesar de presentar mejoras, no funcionará adecuadamente si los otros elementos arquitectónicos (como la losa, puertas, ventanas, parasoles) permiten el paso del calor.

En cuanto a la cuestión económica, se le ha hecho énfasis con el propósito de que el precio del sistema de muro propuesto (en este caso el sistema de muro 3) no sea una limitante para su implementación y pueda llegar a proponerse en la construcción de nuevas viviendas o en la mejora de viviendas existentes, y que pueda generar un ahorro energético en beneficio tanto del medio ambiente como de las familias que habitan las viviendas.

Referencias

Arista, G., González, Aguillón, J. & Narváez, L. (2013), “Acv comparativo entre insumos industrializados y artesanales vs. Materiales alternos para vivienda sustentable”. 35 Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales, 12.

Diario Oficial de la Federación (2011), “Eficiencia energética en edificaciones. Envolvente de edificios para uso habitacional”, Diario Oficial de La Federación, 45.

Domínguez, D. y D. Morillón (2002), “Control solar en la vivienda como sistema de enfriamiento: beneficios energéticos y ambientales”, Memorias del Taller de Sistemas de Enfriamiento Aplicados a la Vivienda.(http://www.rirasnet/docu-menios.rin). Consultado el 15 de octubre de 2015.

Durock (2005), Ficha técnica-Tablacemento marca Durock.

Espumados de Estireno S A. (n.d.), Ficha Técnica-Espumalit.

Hurtado, G. (2011), La vivienda sustentable en México (Metodología y Legislación), 216.

Salas Espíndola, Hermilo (1997), El impacto del ser humano en el planeta, Edamex, México.

Solís, D. (2010), Análisis térmico de una vivienda económica en clima cálido-seco bajo diferentes orientaciones y medidas de sombreado. Estudios Sobre Arquitectura Y Urbanismo del Desierto, III (3), 27. Recuperado de: http://www.arq.isen.inx/esaud/2DE/ESAUD₃-Cap2.pdf. consultado el 10 de agosto de 2015.

Roux Gutiérrez, R. S., Gallegos Sánchez D.P. (2015), Construcción sustentable, análisis de retraso térmico a bloques de tierra comprimido. UA de C, UA de T.

Termofoam (n.d.), Ficha térmica-Termofoam.

USG (2010), Muros y plafones térmicos para cualquier tipo de edificación.

Xella Mexicana SA de CV. (2011), Ficha técnica-Block Hebel, 1.

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