Exergía Incorporada en Construcción de Lak'a Uta

Maestría en Planificación y Gestión Municipal Urbana

Práctica 2

Módulo: Eficiencia Energética y Uso de Recursos Naturales (MPG-115) (MPG-115) Docente: Dr. Marcos Luján Maestrantes: Escarley Torrico Foronda Norma Ágreda Vargas

Richard Mamani Callisaya Dennis García Serhan

Introducción Debido a las precarias condiciones de vivienda en el altiplano boliviano, desde el año 1991 se vienen desarrollando proyectos de construcción de viviendas familiares tipo Lak’a Uta. Estas infraestructuras consisten en la aplicación de una cubierta autosustentada de adobe que, mediante una técnica sencilla de construir y sin grandes inversiones de dinero, hace posible ejecutar una construcción con muros y cubiertas usando exclusivamente la tierra como material (Loayza y Sandóval, 2001).

Cálculo de exergía incorporada en una Lak’a Uta

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Entre las ventajas de este tipo de vivienda se puede mencionar (Loayza y Sandóval, 2001): 

Utiliza y recupera materiales locales, de bajo costo y ecológicos.



Da la posibilidad de construir una casa usando materiales locales.



La cubierta de adobe tiene un efecto natural de aislación.



Resulta fácil de construir, utilizando herramientas y técnicas sencillas.





Debido a la gran masa térmica del adobe, mantiene una temperatura constante durante el día y la noche. La superficie interior de la bóveda es lisa, en la que no pueden vivir insectos que portan enfermedades, como la vinchuca.



Es resistente al fuego y al viento.



Posibilita su aplicación a todo tipo de diseños.



El diseño original –Figura 1 – no usa energía eléctrica.

Para fines de cálculo exergético, se realizaron ajustes al modelo original de Lak’a Uta presentada en la Figura 1. Estos cambios de diseño consisten en incorporar ambientes separados por medio de paredes internas, tejas cerámicas para los botaguas, y prever conexiones de servicios básicos (agua, electricidad, gas y alcantarillado). De esta manera, se elaboraron dos diseños alternativos . El Tipo 1 corresponde a la forma original de Lak’a Uta con los ajustes internos y externos mencionados. El Tipo 2 incrementa la superficie construida mediante la fusión de dos módulos cruzados. De esta manera, se diseñaron dos modelos alternativos sobre los cuales se aplicará el cálculo de exergía incorporada.

Objetivo Calcular la exergía primaria incorporada por unidad de área en dos modelos alternativos de una vivienda tipo Lak’a Uta.


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Metodología Inicialmente, se realizó el diseño de la estructura y cálculo de los volúmenes de materiales requeridos para su construcción. Para lo cual, se utilizó el paquete computacional AutoCAD 2015. Luego, se recolectó información sobre el peso específico y la exergía o energía incorporada de cada material (Hammond et. al., 2008; Cole & Kernan, 1996; Martinez, 2014; Rodríguez, 2018; Díaz, 2012). Estos datos nos permitieron transformar las unidades volumétricas en unidades de masa y calcular la exergía incorporada por cada material presente en la infraestructura. Para lo cual, se utilizó la siguiente ecuación:

 = ∑ ×  Dónde:

E inf = Exergía de la infraestructura E i = Exergía incorporada del material i mi = flujo másico del material i Para el cálculo de la exergía incorporada por la mano de obra requerida para la construcción, se utilizó el valor de 2500 [kcal día-1 persona-1] (Luján, 2018). Junto con esta información, se considera que para construir una Lak’a Uta Tipo 1 se requiere el trabajo de 5 personas por 3 meses. En el caso de una Lak’a Uta Tipo 2, se necesitan 6 personas trabajando por 5 meses. Por otra parte, se realizó el cálculo de la exergía incorporada en el combustible requerido para transportar los ladrillos y la paja requerida desde sus zonas de venta, a 16,7 y 11,63 kilómetros respectivamente, hasta el municipio de Tiquipaya donde se ubica la vivienda. Para lo cual, se considera el uso de un camión Scania a Gas Natural Comprimido (GNC) con una capacidad de llenado de 640 litros a 200 [bar] de presión, y una autonomía de hasta 300 [km] 1. A esa presión, el GNC posee una densidad de 158,49 [kg m -3] (Asociación Ibérica de gas natural para la movilidad y Sedigas, 2016). Una vez obtenido el cálculo de exergía primaria incorporada en toda la infraestructura, se procedió a dividir el total entre el área construida de la vivienda. De esta manera, se obtuvo el dato de exergía primaria incorporada por unidad de superficie. Este índice nos permite comparar las viviendas Lak’a Uta con cualquier otro tipo de infraestructura. Para esto, se toma como referencia una construcción típica en China cuyo índice de exergía incorporada es 8,25 [GJ m -2] (Luján, 2018).

1

http://talleractual.com/pesados/1258-motores-de-gas-para-camiones-y-autobuses-rendimiento-diesel-y-disenomodular#


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Resultados y discusión De acuerdo a las modificaciones incorporadas en el diseño original de Lak’a Uta, el cálculo de la exergía incorporada en la construcción del Tipo 1 arrojó los siguientes resultados:

Ítem

Material

Volumen total requerido [m3]

Cimiento Piedra

Sobrecimiento

Muros y bóveda Piso Puertas y ventanas

Botaguas

Mano de obra* Combustible (transporte)**

Mortero de barro Piedra Mortero de barro Plástico polietileno Adobe Paja Ladrillo cerámico Madera Chapas (acero) Vidrio Mortero de barro Teja cerámica 28,33

Peso específico [kg m-3]

Masa [kg]

Exergía Exergía incorporada incorporada en la -1 [MJ kg ] infraestructura [GJ]

7,52 0,42

2700,00 2100,00

20295,36 876,96

0,30 0,45

6,09 0,39

2,82 0,16

2700,00 2100,00

7610,76 328,86

0,30 0,45

2,28 0,15

0,00

925,00

3,86

89,30

0,34

76,39 2,05 2,44

1600,00 150,00 1600,00

122229,60 307,11 3904,00

0,40 0,24 2,50

48,89 0,07 9,76

0,26 -

430,00 -

113,22 1,50

8,50 8,90

0,96 0,01

0,02 1,55

2600,00 2100,00

42,90 3247,65

15,00 0,45

0,64 1,46

1,36

1600,00

2172,64

2,50

5,43

5,00

-

90,00

10,46

4,71

0,06

158,49

9,58

51,94

0,50

TOTAL

81,70 2

69,76 Superficie de la infraestructura [m ]: -2 Exergía incorporada por unidad de área [GJ m ]: 1,17 Fuente: Elaboración propia. *Datos en unidades de [persona], [día], [MJ persona-1 día-1] y [GJ] respectivamente. **Datos en unidades de [km], [m 3], [kg m-3] (a 200 [bar]), [kg], [MJ kg-1] y [GJ] respectivamente.


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En el caso de la Lak’a Uta Tipo 1, se puede observar que la cantidad de exergía primaria incorporada corresponde a 1,17 [GJ m-2], una cantidad relativamente pequeña en comparación a los 8,25 [GJ m-2] de la referencia de construcción típica en China. Por su parte, los cálculos correspondientes para una resultados:

Ítem

Material

Cimiento Piedra

Sobrecimiento

Muros y bóveda Piso Puertas y ventanas

Botaguas

Mano de obra* Combustible (transporte)**

Mortero de barro Piedra Mortero de barro Plástico polietileno Adobe Paja Ladrillo cerámico Madera Chapas (acero) Vidrio Mortero de barro Teja cerámica 28,33

Volumen total requerido [m3]

Peso específico [kg m-3]

Lak’a Uta tipo

Masa [kg]

2 arrojaron los siguientes

Exergía Exergía incorporada incorporada en la -1 [MJ kg ] infraestructura [GJ]

11,39 0,63

2700,00 2100,00

30746,30 1328,54

0,30 0,45

9,22 0,60

4,27 0,24

2700,00 2100,00

11529,86 498,20

0,30 0,45

3,46 0,22

0,01

925,00

5,85

89,30

0,52

113,16 2,86 3,66

1600,00 150,00 1600,00

181050,08 428,34 5856,00

0,40 0,24 2,50

72,42 0,10 14,64

0,41 -

430,00 -

175,35 2,00

8,50 8,90

1,49 0,02

0,03 1,58

2600,00 2100,00

79,04 3322,62

15,00 0,45

1,19 1,50

1,28

1600,00

2050,88

2,50

5,13

6,00

-

150,00

10,46

9,41

0,06

158,49

9,58

51,94

0,50

TOTAL

120,42

100,59 Superficie de la infraestructura [m2]: -2 Exergía incorporada por unidad de área [GJ m ]: 1,20 Fuente: Elaboración propia. *Datos en unidades de [persona], [día], [MJ persona-1 día-1] y [GJ] respectivamente. **Datos en unidades de [km], [m 3], [kg m-3] (a 200 [bar]), [kg], [MJ kg-1] y [GJ] respectivamente.


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Los resultados del cálculo de exergía primaria incorporada en la vivienda Lak’a Uta Tipo 2 muestran un valor de 1,20 [GJ m-2]. Si bien este resultado resulta ligeramente mayor al del Tipo 1, resulta evidente que una infraestructura de estas características consume mucho menos exergía primaria por metro cuadrado que una infraestructura normal, tal como el parámetro de referencia para edificaciones en las ciudades de China.

Conclusiones Los resultados muestran que el consumo de exergía primaria incorporada por unidad de superficie resulta mucho menor en edificaciones sustentables tipo Lak’a Uta, en comparación a los valores descritos en la bibliografía para infraestructuras convencionales. El índice de exergía primaria incorporada por unidad de superficie constituye un indicador mesurable y con un menor grado de subjetividad, a partir del cual se pueden analizar distintos procesos y productos dentro del ecosistema urbano. Las infraestructuras construidas con materiales locales y poco procesados, tales como las Lak’a Uta, se caracterizan por un bajo consumo de exergía primaria. Esta particularidad muestra su alto grado de sustentabilidad y bajo impacto ambiental, características necesarias para repensar el futuro de nuestras ciudades.

Bibliografía Asociación Ibérica de gas natural para la movilidad y Sedigas (2016). Tabla de equivalencias GASNAM. En: http://gasnam.es/ (03/03/18) Cole, R.J., & Kernan, P.C. (1996). Life-cycle energy use in office buildings. Building and environment , 31(4), 307-317. Díaz, A. (2012). Características Técnicas de los Ladrillos de Adobe , En: http://eudomus.com/ (03/03/18). Gama-Castro, J.E., & Cruz, T. Arquitectura de tierra: el adobe como material de construcción en la época prehispánica. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana , 64(2), 189-197. Hammond, G.P., & Jones, C.I. (2011). Sustainability criteria for energy resources and technologies (pp. 21-46). Edward Elgar, Cheltenham, UK. Hammond, G., Jones, C., Lowrie, F., & Tse, P. (2008). Inventory of carbon & energy: ICE (Vol. 5). Bath: Sustainable Energy Research Team, Department of Mechanical Engineering, University of Bath. JOSSoft, 2018, Pesos Específicos, En: http://www.jossoft.com.ar (03/03/18).


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Koroneos, C.J., Nanaki, E.A., & Xydis, G.A. (2012). Sustainability Indicators for the Use of Resources—The Exergy Approach. Sustainability , 4(8), 1867-1878. Loayza, R. y Sandóval, R.T. (2001). Manual para autoconstructores http://www.caminosostenible.org/ (03/03/18).

Lak’a

Uta.

En:

Luján, M. (2018). Eficiencia energética y uso de recursos naturales. Apuntes de clase . Cochabamba, Bolivia. Martinez, I. (2014). Chemical exergy . En: http://webserver.dmt.upm.es/ (03/03/18). Ramos, L. M., Gámez, D. R., & Cossío, F. V. (2014). T2. Cincuenta años de investigación en torno a la construcción con tierra. Estudios, ensayos y manuales publicados desde 1950. Boletín CF+ S, (38/39), 285-294. Rodríguez, H. (2018). Tablas de Pesos Específicos y Densidades de Materiales . En: http://ingemecanica.com/ (03/03/18).


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Anexos  Planos de las viviendas Lak’a Uta Tipo


1 y 2 (10 págs.)

Anexos



Anexos



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Anexos



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Anexos



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