CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE CALEFACCION SOLAR (MURO TROMBE) PARA VIVIENDAS RURALES ALTOANDINAS DE LA REGION CUSCO
CAPÍTULO I
1. GENERALIDADES
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. La población rural de las zonas altoandinas de la Región Cusco, y en particular de las comunidades campesinas del distrito de Langui provincia de Canas, están expuestas a condiciones socioeconómicas y climáticas adversas, constituyendo uno de los sectores vulnerables de la región, el mismo que se traduce en las deficientes condiciones de vida en la que se encuentran la mayoría de sus habitantes. En las últimas décadas, como consecuencia del cambio climático global se vienen registrando temperaturas cada vez más bajas especialmente en la estación de invierno, así como en los períodos de friaje y heladas. Por otro lado, el recrudecimiento del frío nocturno es una constante durante todo el año, siendo mucho más intenso en dichas épocas, donde las temperaturas al interior de las viviendas alcanzan valores muy bajos. A ello se suma, la falta de conocimientos para enfrentar dicha situación y las malas condiciones en que se encuentran la infraestructura de sus viviendas ya que éstas son construidas con adobe, barro y tienen el piso de tierra, en su Ingeniería Mecánica - UNSAAC
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gran mayoría las puertas y ventanas presentan aberturas y orificios debido a que éstas no encajan en forma correcta en la pared y también porque utilizan materiales precarios que al pasar del tiempo se van deteriorando, también presentan techos de calamina que están mal unidas a la estructura de madera que los soporta dejando pasar el aire frío y el viento al interior de la vivienda ya que utilizan una arpillera como cielo raso, en la mayoría de los casos éstas viviendas solo tienen uno o dos ambientes. Todas estas características mencionadas hacen que la vivienda presente grandes fugas de calor y no tenga un buen aislamiento térmico. El
escenario
descrito
anteriormente,
afecta
considerablemente
las
condiciones de vida de la población rural, ocasionando serios problemas a la salud de la población, en particular de niños menores de 5 años y ancianos, siendo éste una de las causas de muerte infantil en nuestra región, es así que hasta el último informe de la Dirección General de Epidemiología del ministerio de salud (Minsa), a lo que va de la fecha, han muerto 312 personas en Perú por neumonía, de los cuales, en la región Cusco se tiene 17 personas fallecidas y 50 mil casos de infecciones respiratorias. Para enfrentar esta amenaza en las regiones alto andinas del sur del Perú, en los últimos años s e viene promoviendo y difundiendo el uso de “Muros Trombe” – una tecnología de calefacción de viviendas que utiliza la
radiación solar como fuente de energía. Los programas de ayuda social al sector rural de algunos gobiernos locales (municipalidades provinciales y distritales), empresas mineras y organismos no gubernamentales (ONGs), vienen asumiendo el financiamiento de esta tecnología en sus ámbitos territoriales. Actualmente, el GRUPO DE APOYO AL SECTOR RURAL de la Pontificia Universidad Católica del Perú – institución de investigación y desarrollo – viene implementando la construcción de Muros Trombe en comunidades
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campesinas del distrito de Langui, provincia de Canas, Región Cusco, con la finalidad de mejorar las condiciones de habitabilidad de viviendas rurales de dicha zona, experiencia de la cual forma parte la presente investigación. Por otro lado, toda tecnología antes de ser difundida para su uso masivo, requiere no solamente la aceptación social de la comunidad, sino, fundamentalmente requiere de un estudio de evaluación ingenieril, que permita definir las características técnicas, dimensionamiento, así como el estudio de costos, bajo las condiciones geográficas, ambientales y socioeconómicas del ámbito de estudio, aspectos que se consideran en el presente estudio.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. Por las consideraciones anteriores, la presente investigación pretende responder a la siguiente interrogante: ¿Cómo mejorar las condiciones de habitabilidad de las viviendas rurales en la Región Cusco?
Para responder a esta interrogante, se han formulado objetivos específicos, los cuales se verán más adelante.
1.3. ÁMBITO GEOGRÁFICO DEL ESTUDIO. 1.3.1. Ubicación política: Región:
Cusco
Provincia:
Canas
Distrito:
Langui
Fig.1.1 Mapa Político de la Provincia de Canas.
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1.3.2. Ubicación geográfica: Latitud Sur:
14º 25’ 47”
Longitud Oeste: 71° 13’ 26”. Altitud:
3969 m.s.n.m
Fig.1.2. Vista Satelital del distrito de Langui.
1.4. LIMITACIONES Y RESTRICCIONES DE LA INVESTIGACIÓN 1. El ámbito geográfico de estudio será el distrito de Langui, provincia de Canas, Región Cusco, ubicado a 3969 m.s.n.m. latitud Sur: 14º 25’ 47”, longitud Oeste: 71° 13’ 26”, ámbito caracterizado por la presencia de bajas temperaturas.
2. El estudio será estacional y comprenderá el período final de la época de heladas (mes de agosto) y la época de vientos (mes de setiembre). 3. El estudio será realizado solo bajo condiciones de una vivienda rural típica de la zona.
1.5. OBJETIVOS 1.5.1. Objetivo general: Calcular y dimensionar un sistema de calefacción solar tipo Muro Trombe, para viviendas rurales altoandinas.
1.5.2. Objetivos específicos: 1. Resumir los planteamientos teóricos relacionados a los sistemas de calefacción solar. Ingeniería Mecánica - UNSAAC
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2. Describir la situación actual del funcionamiento del muro Trombe en el ámbito de estudio y sus posibilidades de mejora.
3. Calcular y dimensionar el sistema de calefacción solar (tipo muro Trombe) para viviendas rurales altoandinas de la Región Cusco.
4. Simular y comparar los resultados obtenidos del cálculo y de las mediciones experimentales, para una vivienda rural altoandina de la Región Cusco
5. Realizar una estimación de costos.
1.6. HIPÓTESIS. Es posible mejorar las condiciones de habitabilidad, mediante el diseño de un sistema de calefacción (muro Trombe) en las viviendas rurales altoandinas de la Región Cusco.
1.7. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN La presente investigación reviste importancia por las razones siguientes:
No
se
dispone
parámetros
de
técnicos
información y
relacionada
dimensionamiento
al
de
estudio
de
sistemas
de
calefacción solar y en particular del Muro Trombe, para la zona de estudio.
El estudio de los Muros Trombe, Constituye una tecnología alternativa para la aplicación y uso de la energía solar en nuestra región.
Los resultados de la presente investigación, contribuirán a mejorar las condiciones de habitabilidad de las viviendas rurales, en el
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ámbito de estudio, caracterizada por las condiciones climáticas adversas, mejorando de esa manera las condiciones de salud de la población rural.
Es el primer estudio de esta naturaleza realizada en el ámbito de
estudio.
1.8. VARIABLES. 1.8.1. Variables independientes:
Temperatura Exterior.
Radiación Solar.
Presión Atmosférica
1.8.2. Variables dependientes:
Sistema de calefacción solar.
1.9. MÉTODO DE LA INVESTIGACIÓN. 1.9.1. Procedimiento de la investigación. Para iniciar el desarrollo de la presente tesis se tendrá en cuenta el siguiente procedimiento:
Recopilación de la información.- Se realizará la revisión bibliográfica necesaria, así como la búsqueda de información y antecedentes de todas las investigaciones previas involucradas con el cálculo, diseño, construcción y evaluación de este sistema.
Definición de los Parámetros Térmicos.- El siguiente paso será definir y analizar los parámetros térmicos que intervienen e influyen en el funcionamiento del sistema Trombe, para ello se hará uso de instrumentos tales como: un
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datalogger,
termómetros
digitales,
un
medidor
de
radiación
solar
(piranómetro), cámara termográfica.
Cálculo y simulación.- Se realizará el procedimiento de cálculo del sistema de calefacción solar muro Trombe con todos los datos y parámetros obtenidos anteriormente. A continuación se realizará una simulación computacional del sistema para poder describir el comportamiento y funcionamiento del muro Trombe, en base a los parámetros y ecuaciones descritos anteriormente.
Comparación de resultados.- Con los datos obtenidos anteriormente se realizará una comparación entre los resultados obtenidos del análisis experimental y los resultados obtenidos de la simulación computacional.
Estimación de costos.- Luego se realizará una estimación de costos de instalación y mantenimiento del sistema diseñado y f inalmente se elaborará n las conclusiones y recomendaciones de la tesis.
1.9.2. Fases de la metodología de la investigación. La metodología de la investigación, está conformada por las siguientes etapas:
Delimitar y simplificar el objetivo de la investigación. Para identificar la problemática, se cuenta con dos fuentes esenciales: el diagnóstico del objeto de estudio y el conocimiento adquirido del tema de estudio. A partir de estas dos fuentes debe cuestionarse lo que interesa investigar, señalando la finalidad por la cual el objetivo de investigación interesa ser alcanzado.
Identificar la variables y plantear las hipótesis La hipótesis es la respuesta tentativa al problema la cual se ratificará con la investigación; esta debe estar dotada de poder explicativo, enunciarse con
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máxima claridad y concisión, además debe expresar la relación que se prevé entre las variables previamente identificadas.
Elaborar un diseño de la investigación. El diseño de una investigación, es el ajuste de las decisiones requeridas para el hallazgo de un nuevo conocimiento, por medio de la comprobación de una hipótesis. En la investigación exploratoria descriptiva, donde el diseño es no experimental, se realiza un análisis retrospectivo sobre hechos y variables que ya ocurrieron, observándose situaciones en su contexto natural, permitiendo la identificación y manipulación de las variables observadas para el objeto de estudio, de manera que se demuestra la hipótesis planteada. Este diseño debe comprender: - Estudio de la situación actual. - Diagnóstico preliminar. - Desarrollo de la metodología para comprobar las hipótesis. - Aplicación de la metodología. - Análisis del resultado (verificación de la hipótesis).
Realizar la investigación. Es probar y comprobar si los hechos observados concuerdan con la hipótesis propuesta y con el marco teórico.
Analizar los resultados. Implica el sistema de recolección de datos y análisis de evaluación de los mismos.
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