Evaluación de sistemas de regulación de temperatura en viviendas rurales diseñadas para mitigar las consecuencias del frío

• Autor: Centeno Sairitupa, Arturo Jimmy
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2021
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/21265
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/21265
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Viviendas rurales; Mitigación de frío; Sistema de regulación de temperaturas; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.01.01

La presente tesis se realizó en el marco del proyecto “Propuesta de techos verdes acondicionados a viviendas rurales de las zonas altoandinas del Perú (altitud > 3500 msnm)”. La investigación planteó un sistema de regulación de temperatura en viviendas rurales con la finalidad de incrementar las temperaturas cuando estas sean bajas. Este sistema consiste en adicionar una cobertura vegetal a un techo preexistente de una vivienda rural típica denominando a este sistema como “Techo Verde”. El techo verde está conformado desde abajo hacia arriba, por una capa impermeable, un sistema de drenaje, un geotextil, un sustrato vegetal y plantaciones. El sistema de drenaje utilizado es el MacDrain 2L FP, el sustrato vegetal y las plantaciones son nativas de la zona del proyecto. Se utilizó además tablones de madera para el contorno del techo verde. El Techo Verde es una alternativa para reducir los efectos del frío al interior de la vivienda. La variación de temperatura al interior de la vivienda fue evaluada de forma analítica, computacional y experimentalmente cuantificándose la transferencia de calor para compararlo con otros sistemas de regulación de temperatura. Para esta evaluación se propuso un prototipo de vivienda a escala real (PVER) y un modelo de vivienda a escala reducida (MVER). El PVER es la representación de una vivienda rural típica con dimensiones a escala real obtenidas a partir de las medidas realizadas en las viviendas rurales típicas de la región Junín. El MVER es la representación de una vivienda rural con dimensiones reducidas considerando similitud geométrica con el PVER mediante un factor de escala reducida. Para la determinación del factor de escala se revisaron valores usados en estudios similares eligiéndose el factor de escala más adecuado considerando el procedimiento de instrumentación y la toma de datos. Para la evaluación experimental se construyeron cuatro MVER ubicándolos en la localidad de Chuquiquirpay, distrito de Santa Bárbara de Carhuacayán, Provincia de Yauli, Región Junín. Los MVER fueron denominados MC-0, MV-1, MV-2 y MV-3. El MC-0 es el modelo de control y los MV-1, MV-2 y MV-3 son los modelos de vivienda con techo verde. En la evaluación de los MVER y PVER se cuantificó el flujo de calor por los mecanismos de conducción, convección y radiación en cada elemento de la envolvente. La evaluación computacional del Techo Verde consistió en la comparación del comportamiento térmico entre el MVER y PVER con datos de temperaturas del MVER obtenidos experimentalmente. Los programas Sketchup y EnergyPlus fueron empleados para obtener valores de temperatura que fueron usadas en el PVER. Los programas emplearon data de las propiedades térmicas de los componentes del interior de la vivienda y de la envolvente. Como resultado del análisis se observó que el modelo MV-3 funcionó mejor como regulador térmico debido a su mayor densidad foliar del techo verde. En todos los casos se logró aumentar la temperatura interior para las condiciones de temperaturas mínimas, demostrándose que Techo Verde es un sistema eficiente. Se observó que la temperatura mínima registrada en el ambiente ocurre entre las 5am y 6am, el MC-0 alcanzó una temperatura mínima promedio de 2 °C, en el MV-3 se alcanzó, 4.5 °C, y el prototipo del MV-3 alcanzó, hasta 6 °C. El aumento de temperatura logrado en el prototipo del MV-3 no consideró las ganancias térmicas comunes en una vivienda altoandina, como el calor humano, el calor ganado por la cocción de alimentos, las luminarias y la masa térmica de mobiliarios. La temperatura mínima de confort térmico según Givoni es de 20 °C, para alcanzar dicha temperatura se recomienda utilizar complementariamente estrategias bioclimáticas como reguladores de temperatura aplicado a los muros, pisos y puentes térmicos, ya que por allí también hay gran pérdida de calor.