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Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET)
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Archivo: Sistemas Térmicos

En la actualidad, el estudio de los diferentes procesos de intercambio de energía en las edificaciones ha alcanzado gran relevancia, esto a causa de la estrecha relación que tienen las edificaciones con la naturaleza, el hombre y el consumo de energía para satisfacer los requerimientos de confort, salud, alimentación e incluso de productividad laboral. El uso adecuado de los recursos energéticos y su impacto en el medio ambiente es un problema que incluye aspectos económicos, sociales y políticos. A nivel mundial, la energía que se consume proviene de los recursos fósiles no renovables como es el carbón y el petróleo, que son no renovables, y que tienen un enorme impacto ambiental. Lo anterior, ha motivado realizar inversión en desarrollo científico y tecnológico que promueva el ahorro de energía y se generen nuevas formas de generación de energía (solar, eólica, etc.) para ayudar a la preservación de los recursos fósiles y su sustitución por recursos de energía limpia, que mejoren la situación energética mundial y la reducción de emisiones contaminantes que disminuyan la aceleración del calentamiento global.
          El mayor consumo de energía se presenta en el sector dedicado al transporte, en segundo término la industria, y en tercer lugar se encuentra el consumo energético para edificaciones, por supuesto que este consumo aumenta cuando la población crece, o se concentra en las zonas urbanas. Si las tendencias actuales continúan, los edificios serán los principales consumidores de energía para el 2025 y probablemente usaran la misma cantidad que la industria y transporte juntos para el 2050 [1]. Los mayores causantes del consumo energético en edificaciones son los equipos de climatización (aire acondicionado o calefacción), los cuales están impactando en la economía y aumentan el deterioro ambiental. Tan solo en Europa, según la Agencia Internacional de Energía, las personas pasan más del 80% del día dentro de las edificaciones, ya sea oficinas, viviendas, escuelas, etc. En la República Mexicana, las edificaciones en su conjunto, representan el 20% del consumo final de energía, con un crecimiento promedio previsto del 1.4% anual, solo por detrás del sector industrial y de transporte [2]. Algunos estudios indican que un diseño adecuado de edificaciones podría ayudar a reducir al menos un 2.34% de la energía fósil consumida en el mundo para climatización.
          Generalmente, es en la fase de diseño del proyecto donde se define cómo o cuánta energía consumirá una edificación. Así, la decisión del constructor o arquitecto de emplear una u otra tecnología en un proyecto debe enfocarse hacía tres acciones: 1) Tener en cuenta que las tecnologías empleadas dependen del tipo de energía que se utiliza y como se genera o se capta para el uso y mantenimiento de la edificación. 2) Diseñar las edificaciones y especificar los materiales usados en su construcción, especifican la manera en que se utilizará esta energía y como se integrará en el proyecto arquitectónico. Sus diseños determinan el tipo de consumo de energía y los patrones de emisión en el largo plazo de la edificación y 3) Siempre evaluar previamente el consumo de energía y su impacto al medio ambiente en un proyecto arquitectónico [3].
          Para auxiliar en las decisiones que deben realizarse durante el diseño y construcción de una edificación, una de las líneas de investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico está enfocada a realizar estudios térmicos de los componentes de edificaciones y sistemas solares relacionados. Concretamente uno de los proyectos, que fue apoyado con Fondos Mixtos del Estado de Morelos, ha sido el de evaluar la demanda de energía, la calidad térmica y la calificación energética de viviendas en el Estado de Morelos. El objetivo fue generar una metodología para evaluar la demanda energética y brindar alternativas constructivas que contribuyan a reducir las emisiones provocadas por la climatización por el uso de equipos mecánicos como aires acondicionados, calefactores, ventiladores etc. El proyecto incluye la caracterización climática del Estado de Morelos para proporcionar información de los microclimas de las diferentes regiones o municipios. Esta información, ha permitido relacionar el clima con el hábitat del lugar para estudiar viviendas existentes de interés social que han sido construidas en el Estado de Morelos. El estudio ha generado recomendaciones para poder contar con viviendas de menor gasto energético, aplicando las diferentes opciones de diseño pasivo.
           La metodología que fue desarrollada se describe a continuación: a) A partir de la instalación de una red de Estaciones Meteorológicas Automáticas en varios puntos de poblados del Estado de Morelos (Figura 1), se obtiene información de las variables climáticas. Esta información es procesada mapeando la radiación solar, temperatura ambiente, humedad y velocidad y dirección del aire para llegar a una clasificación del clima del Estado de Morelos (Figuras 2 y 3). b) Las variables climáticas son introducidas a programas de simulación de energía en edificaciones que puede ser por metodologías de grados-día o por simulación transitoria. Los materiales, dimensiones de la vivienda dividida en zonas también son introducidos al programa, el cual ya ha sido calibrado con datos medidos. c) La evaluación térmico-ambiental es realizada con datos reales de la vivienda y recientes del Estado de Morelos y se evalúa si la vivienda cumple con los estándares de confort (Figura 4). d) Si no se cumple los estándares de confort, se formulan estrategias de diseño pasivo, tales como orientación, aislamiento de la envolvente, infiltración, piso radiante, colores exteriores, ventanas protegidas, etc., hasta que se obtiene la temperatura interior o disminución de cargas térmicas aceptable. e) Se definen las estrategias generales para el diseño pasivo por región en el Estado de Morelos. f) Generar normativas con base a una calificación de viviendas para que sean aplicadas de forma obligatoria por la industria de la construcción.
          Los resultados de este proyecto han derivado en algunas recomendaciones para el confort de edificaciones, buscando obtener condiciones térmicas óptimas. En Clima Cálido: Se recomienda una vivienda de dos plantas, forma rectangular con el eje alargado en dirección este-oeste; mayor fachada acristalada al norte; muros y techos aislados con colores claros de baja absorción de la luz solar, sobre todo en el techo; sistemas de sombreado en ventanas; con esas recomendaciones se encontró una disminución de consumo energético para el confort de 76%. En Clima Frio: Se recomienda una vivienda de una planta, forma rectangular con el eje alargado en dirección sur-norte; fachada acristalada al sur, muros y techos muy aislados de colores oscuros de de gran absorción de luz solar, ventanas de doble panel; con esas recomendaciones se encontró una disminución de consumo energético para el confort máximo de 91%.

Referencias
1.World Business Council for Sustainable Development, 2007
2.Secretaría de Energía, “Balance Nacional de Energía 2008”, México D.F.
3.G. Álvarez y R. Dorantes. Energía Sustentable en Edificios y Casas. CIENCIA, Revista de la Academia Mexicana de Ciencias. Vol. 61, No. 2. Abril-Junio 2010. Pags. 62-73.

Texto y Fotos: Dra. Gabriela del Socorro Álvarez García / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico


Semblanza


Gabriela del Socorro Álvarez García nació en la ciudad de México estudio la licenciatura en Física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de México (UNAM), la Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica en New Mexico State University (EUA) y el Doctorado en Ingeniería en la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería (UNAM). Desde mayo de 1989 trabaja como profesor-investigador titular “C” en el área de Sistemas Térmicos del Departamento de Ingeniería Mecánica del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico-DGEST-SEP. Ha obtenido varios reconocimientos, entre ellos la medalla Gabino Barreda por parte de la División de Estudios de Posgrado de la UNAM, el reconocimiento al Desempeño Docente, tiene el Premio Nacional de Energías Renovables en la categoría de Innovación otorgado por la Secretaría de Energía y fue Editora Asociada de la Revista Internacional “Solar Energy”. Además de contar en su haber con más 150 trabajos de investigación en capítulos de libros, en revistas internacionales con arbitraje, en congresos nacionales e internacionales, así como en revistas de divulgación. Actualmente, es profesora-investigadora del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET-DGEST-SEP) en el área de Energía en edificaciones y sistemas solares relacionados.

Miguel Ángel Gijón Rivera es estudiante del Doctorado en Ciencias en Ingeniería Mecánica del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico y miembro del grupo dirigido por la Doctora Álvarez. Obtuvo su grado académico de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica en el mismo centro y su licenciatura en Ingeniería Mecánica en el Instituto Tecnológico de Querétaro.

Miguel Ángel Chagolla Gaona es Ingeniero electromecánico, egresado del Instituto Tecnológico de Zacatepec, obtuvo el grado de maestro en ciencias en Ingeniería Mecánica en Sistemas Térmicos, en el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico, es estudiante del Doctorado en Ciencias en Ingeniería Mecánica del mismo centro, miembro del grupo dirigido por la Doctora Álvarez. Catedrático del Instituto Tecnológico de Zacatepec.