Energía Solar en Diseño Industrial

Transcripción

1 Energía Solar en Diseño Industrial Marusic, Jorge Antonio 1,* y de Schiller, Silvia 2 1 Profesor Adjunto Cátedra Introducción a la Arquitectura Solar, Carreras de Arquitectura y Diseño Industrial, e Investigador del Centro de Investigación, Hábitat y Energía, Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo, Universidad de Buenos Aires, Argentina. 2 Profesor Consulto UBA, y Directora del Centro de Investigación, Hábitat y Energía, Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo, Universidad de Buenos Aires, Argentina. * Autor corresponsal: jorgemarusic@gmail.com RESUMEN Este trabajo tiene por objetivo presentar la experiencia didáctica a nivel pre-grado de integración de técnicas de aprovechamiento de la energía solar en el desarrollo de proyectos en la Carrera de Diseño Industrial de la FADU-UBA, en una materia electiva para las Carreras de Arquitectura y de Diseño Industrial. En ese marco, se realizaron diversas intervenciones y propuestas académicas, particularmente estudios de características climáticas y geometría solar de distintas regiones a estudiar en el curso, atendiendo: disponibilidad solar, aprovechamiento del recurso y factibilidad de producción y uso. La experiencia ha permitido transferir con éxito la metodología de análisis y la modalidad apropiada de aprovechamiento solar en distintas regiones climáticas del país durante los últimos años, a fin de promover la introducción de la temática energética en el diseño de productos que utilicen la energía solar y favorecer el desarrollo de nuevas líneas de producción de productos innovadores en el mercado nacional y regional latinoamericano. Durante este proceso, se investigaron las características de elementos ya existentes en el mercado, definiendo la aplicación por grupos de alumnos, analizando las condiciones favorables y desfavorables para cada aplicación y su factibilidad de desarrollo. Se estudió la radiación solar, la geometría y temperaturas en cada región considerada, así como los materiales existentes en el mercado local y la mejor forma de adaptación a las pautas de diseño y procesos de producción. La experiencia didáctica fue altamente positiva para los estudiantes de la Carrera de Diseño Industrial, generándose un rico intercambio de propuestas y soluciones alternativas. En los últimos ciclos académicos, se propuso editar un cuaderno que sintetizara las técnicas solares aplicadas al diseño de objetos, como primer paso al desarrollo de un manual para esta disciplina, esperando aportar un efectivo sustento a la innovación y desarrollo de la matriz productiva en el marco de la sustentabilidad en diseño. Palabras clave: Diseño Industrial. Energía solar. Innovación académica. Matriz productiva. INTRODUCCIÓN Considerando que la situación energética mundial y la limitación de recursos renovables en el país abrirán posibilidades de aplicación del Diseño Industrial al desarrollo local de productos innovadores y, dado el creciente desarrollo de las energías renovables, se propuso un modo de aplicar técnicas específicas en la enseñanza del Diseño Industrial, ya empleadas en la Carrera de Arquitectura, según el rango de latitudes del país. En ese marco, se realizó una experiencia didáctica innovadora de integración de técnicas solares al Diseño Industrial en el marco de la asignatura Introducción a la Arquitectura Solar, materia electiva que se dicta conjuntamente en las Carreras de Arquitectura y Diseño Industrial de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo (Evans y de Schiller, 1988, 1991, 1996). Page 1 of 8

2 La innovación, relevante a nivel pre-grado, radica en aplicar técnicas y metodologías desarrolladas para la enseñanza del diseño arquitectónico al diseño industrial de productos, incorporando criterios de sustentabilidad que constituyan un valor agregado para el producto, al mismo tiempo que colaboran en la protección del medio ambiente. Inicialmente, se desarrolla un trabajo práctico de investigación que permita conocer el estado de desarrollo de estas tecnologías (Peuser et al, 2005), manifestando sus inquietudes en la temática y delineando sus primeros objetivos. Para ampliar el conocimiento sobre las notables variaciones climáticas de Argentina, se planteó el trabajo en cuatro zonas climáticas con características distintas, aumentando el abanico de posibilidades sobre los productos a desarrollar entre los alumnos, permitiendo que todos accedan a un mayor conocimiento al vivenciar la aplicación de estas técnicas en los demás climas. Analizando exhaustivamente las condiciones climáticas, el comportamiento térmico y sus variaciones anuales, la determinación del recurso solar disponible, las condiciones del cielo, las humedades relativas con sus variaciones anuales y diarias, precipitaciones y posibilidad de utilización, características del viento y posibilidad de aprovechamiento o protección, se identificaron oportunidades particulares de cada caso. Se interiorizó al alumnado sobre el movimiento aparente del sol y las trayectorias solares en distintas latitudes, definiendo la cantidad de recurso disponible y los distintos ángulos de incidencia en cada hora y época del año. Este aprendizaje es indispensable para determinar las horas diarias de sol que inciden sobre superficies determinadas y calcular las sombras que proyectará un obstáculo según hora y período del año. METODOLOGÍA DE TRABAJO Radiación solar Para concientizar a los alumnos sobre las inclinaciones y orientaciones más favorables para captar radiación solar en distintos momentos del año, se realizó el análisis de una superficie, lográndose que incorporen una efectiva herramienta de trabajo para el diseño de objetos solares. Como otro factor importante en un camino hacia la sustentabilidad de los productos desarrollados, se transmitieron los conocimientos necesarios para que los alumnos asimilen la forma correcta de incorporar aislación térmica, y mejorar la eficiencia energética aumentando notablemente los aportes logrados mediante energías renovables. Desarrollo de los trabajos de alumnos, nivel pre-grado Para el desarrollo de los trabajos, se asignó una región climática del país a cada grupo de dos alumnos y se investigó el estado del arte a fin de tomar conciencia de la dimensión y alcance de posibles temas a desarrollar, sintetizando los resultados en el primer trabajo práctico, punto de partida para el trabajo principal (Figura 1). Los alumnos analizan el clima de la región, determinando las condicionantes locales y necesidades a satisfacer (Figura 2). Se analiza la trayectoria solar y variables de captación de energía en distintas inclinaciones y orientaciones respecto al norte, según funcionamiento y forma de captación, transformación y acumulación de energía en distintos sistemas solares pasivos, los efectos que produce la colocación de un vidrio para optimizar la energía captada y definir las características más apropiadas de las superficies de absorción, cuyos resultados se muestran en el trabajo (Tabla 1). En la clase siguiente, se imparten conocimientos sobre características térmicas de los materiales con énfasis en los específicos del tema y los motivos para utilizarlos en distintas funciones: captación de energía, transmisión entre elementos, transporte de un lugar a otro, acumulación para su posterior uso y formas de disipación en los lugares de uso (Fernández Salgado, 2007), con la premisa de incluir materiales locales para su materialización. Page 2 of 8

3 Figura 1: Investigación inicial Page 3 of 8

4 Como síntesis de los nuevos conocimientos adquiridos se desarrollaron pautas de diseño, herramienta fundamental para el desarrollo de la asignatura, sustento para el desarrollo de los trabajos a lo largo del curso y permanente punto de referencia en el proceso de corrección, ajuste y mejoramiento del producto final. Figura 2: Análisis de clima y trayectoria solar para la Ciudad de Jujuy De la combinación de las pautas de diseño y los objetos investigados en el Trabajo Práctico 1, se define el proyecto a desarrollar, donde los alumnos aplican los conocimientos adquiridos a la idea de producto particular, verificando el cumplimiento de las pautas de diseño en las distintas etapas del desarrollo, la apropiada materialidad según la característica térmica necesaria en cada elemento, respuesta formal apropiada a la captación de la radiación solar de cada zona o a sus variaciones a lo largo del año, etc. Las zonas seleccionadas para que los alumnos realicen sus trabajos abarcan distintas latitudes y condiciones climáticas, evitando el lugar donde residen, para lograr un entendimiento de los distintos climas a través del análisis de datos meteorológicos y no de sensaciones subjetivas. La entrega final la realizaron tres grupos compuestos por cinco alumnos. En los trabajos finales se pudo apreciar con claridad la adaptación de los diseños a las distintas características climáticas en respuesta a la trayectoria solar y las características de los materiales empleados en cada aplicación para la definición del objeto final. La Figura 3 presenta los resultados del proyecto de un lumiducto en la entrega final. Page 4 of 8

5 Figura 3 Resultados parciales de una de las entregas finales. Page 5 of 8

6 Construcción de prototipos El objetivo inicial de la asignatura es la construcción de un prototipo del producto que permitiera ensayarlo en el Laboratorio del CIHE, para cuantificar los resultados parciales y corregir falencias o potenciar logros. La asimilación de la información requerida y la nueva metodología de diseño por parte del alumnado, insumió varias clases y no fue posible lograr el nivel de desarrollo esperado en los prototipos, con las características y materialidad necesarias para ensayarlo en el Laboratorio del CIHE con maquetas representativas de su morfología, sin considerar aspectos funcionales y materialidad del diseño de los productos. Desarrollo de un Manual En el armado de un cuadernillo que permitiera a futuro aumentar el número de experiencias registradas, se estandarizó el formato de entrega para todos los grupos para publicar el material, a fin de permitir el acceso de los resultados a un mayor número de estudiantes interesados en la temática, ante la escasa bibliografía de ejemplos nacionales en esta temática. DESARROLLO DE UNA NUEVA ASIGNATURA PARA DISEÑO INDUSTRIAL Habiéndose comprobado los aportes que la temática tiene sobre los diseñadores industriales y considerando el amplio mercado que en un futuro próximo se desarrolle en la región, durante el año 2011 se presentó la propuesta de la asignatura de carácter optativo en la Carrera de Diseño Industrial a fin de incorporar un enfoque de diseño que responda a condiciones específicas del aprovechamiento de la energía solar en relación al clima y al medio físico y social local en la formación del diseñador industrial. Este aporte fundamental permite dar respuesta efectiva al aprovechamiento de recursos naturales y energéticos disponibles, a fin de lograr un diseño sustentable en el contexto de una producción industrial responsable y amigable con el ambiente, mejorando la calidad de vida de los usuarios. Objetivos de la asignatura, nivel pre-grado Los objetivos fundamentales de la materia son: guiar en la comprensión y análisis de las características climáticas de una región y su aplicación en el desarrollo de un diseño industrial, estableciendo pautas proyectuales que respondiendo a un entorno determinado, valoricen los recursos climáticos, socio-culturales y ambientales, utilizando los recursos solares y permitiendo desarrollar modelos de aplicación en distintos ámbitos del diseño industrial y en distintas regiones del país, respondiendo a las características climáticas del lugar y utilizando energías renovables. Orientar al futuro diseñador industrial en la búsqueda de identidad proyectual, con una caracterización regional de los diseños, mediante la incorporación del medio, los recursos regionales y las características socio-culturales. Integrar aspectos de diseño ambientalmente consciente al proceso proyectual del producto, en la formación académica y la actividad profesional del diseñador industrial. Los objetos desarrollados utilizan energías renovables para su funcionamiento, resaltando el respeto de los productos por el medioambiente, dando una alternativa a la limitada disponibilidad de recursos naturales no renovables que se ha hecho evidente con la crisis energética de los últimos tiempos, además de la vulnerabilidad y peligrosidad de algunas de ellas como en el caso de la energía nuclear y promoviendo prácticas ambientalmente consientes desde la formación de grado en los alumnos de la Carrera. El Diseño Industrial ecológicamente orientado considera las posibilidades reales del uso de recursos en microclimas y latitudes variadas y posibilita el desarrollo de productos para una región específica. El efectivo manejo de los factores naturales como sol, viento, luz, sombra, agua, etc., permite verificar y optimizar los diseños, y definir estrategias regionales específicas. Page 6 of 8

7 En su carácter de eslabón de la cadena productiva determinante para el desarrollo de un país, el Diseño Industrial ambiental y energéticamente consiente, cumple un rol multiplicador sobre la necesidad de iniciar un nuevo paradigma social y económico, respetuoso del uso de recursos naturales mientras proporciona mejor calidad de vida a los usuarios. En ese marco, la asignatura se orienta a minimizar el impacto del Diseño Industrial sobre el ambiente y generar un nicho de diseño innovador, con el surgimiento de nuevas aplicaciones, destacándose la preocupación por responder a problemáticas de interés social, valorizando aspectos de identidad regional, aportando soluciones donde otros productos dependientes de las energías convencionales no pueden dar respuesta en el marco del desarrollo sustentable. Modalidad de enseñanza La propuesta docente a nivel pre-grado plantea que los alumnos trabajan en forma individual o en equipos de dos, a cargo de un docente y auxiliares de Taller, asistidos y supervisados por el Profesor Titular de la Cátedra. Cada equipo analiza las características climáticas de la localidad asignada, las que se comparan entre sí generando un enriquecedor intercambio de ideas. Cada alumno y equipo son evaluados por distintos miembros del equipo docente y en determinada instancia se generan debates con los demás grupos de alumnos del Taller. El curso consta de clases teóricas que culminan con el proyecto en cada unidad temática, definiendo pautas y estrategias para el posterior desarrollo del producto en un medio específico. Para mostrar claramente la influencia del clima sobre el diseño, se proponen localidades con climas claramente diferenciados de distintas zonas bioambientales y geográficas del país. El objetivo de esta diversidad regional, usada como instrumento didáctico, es favorecer la comprensión de la especificidad de cada lugar evidenciado en la comparación de las propuestas de diseño. Inicialmente se desarrolla una etapa de formación metodológica que induce al alumno a la interpretación de un entorno y la caracterización regional del lugar de emplazamiento dado, a través del desarrollo de una serie de trabajos prácticos consecutivos, que lo introducen en la implementación de criterios de aprovechamiento de la energía solar. Posteriormente los alumnos establecen una serie de pautas de diseño, identificando los factores favorables y desfavorables, relacionándolos con las posibles variables de diseño de los productos y su materialidad constructiva, tendiente a favorecer el uso racional de los recursos energéticos, conservación de energía convencional y uso de fuentes naturales. Este proceso se desarrolla de la clase 1 a la 6, donde se establece una instancia de cierre con la realización de un examen teórico y práctico que incluye un Multiple Choice y el planteo de las ideas preliminares del objeto a diseñar. En las clases siguientes, 7 a 13, se desarrolla el diseño del objeto para lograr la construcción de un modelo para su evaluación, contando con el equipamiento del Laboratorio de Estudios Bioambientales, heliodón de múltiples soles, túnel de viento de baja velocidad y cielo artificial normalizado, del Centro de Investigación Hábitat y Energía (Tabla 1). Page 7 of 8

8 Tabla 1. Cronograma del curso (60 hs), con clases presenciales de 4hs. Clase Modalidad Tema 1 Teórica Presentación de la Materia y Equipo Docente. Introducción y Objetivos. Criterios de aprovechamiento solar y aplicación en proyectos. Taller TP1 Formación de grupos docentes y equipos de trabajo. Introducción al TP1: Búsqueda y análisis de objetos solares en general. 2 Teórica Clima: Interpretación del clima regional y sus principales características. Taller TP2 Entrega TP1. Introducción al TP2: Análisis de las condiciones climáticas y definición de los recursos favorables y desfavorables. 3 Teórica Geometría solar y radiación solar. Identificación de criterios regionales y su inclusión en el diseño. Taller TP3 Entrega TP2. Introducción al TP3: Variación de oferta solar en el año y criterios para optimizar la captación en el LEB: heliodón, túnel de viento, cielo artificial. 4 Teórica Características de distintos objetos solares. Por ej.: captadores térmicos, fotovoltaicos, cocinas, hornos, etc. Taller TP4 Entrega TP3. Desarrollo en clase del TP4: Definición de pautas de diseño del objeto solar según la región designada/elegida. 5 Teórica Características térmicas. Materiales utilizados para el aprovechamiento solar. Geometría de los componentes. Taller Entrega TP4. Introducción al TP5: Selección y análisis de un elemento solar. TP5 6 Teórica Diseñando con el sol. Taller Esquicio individual: Cuestionario de opciones múltiples y planteo de ideas preliminares de proyecto aplicando los criterios dados y pautas de diseño elaboradas en los TPs. Entrega de carpeta de TPs 1, 2, 3, 4 y 5. Entrega TP5. 7 Taller Corrección grupal del material del esquicio. Corrección de anteproyectos. 8-9 Taller Corrección de anteproyectos. 10 Taller Exposición, corrección grupal, y verificación de la integración de estrategias de diseño. 11 Taller Corrección de anteproyectos. 12 Taller Pre-entrega. 13 Taller Ultima clase. Corrección final de Proyectos. 14 Entrega final: Proyecto + Proceso de Diseño + Carpeta TPs. 15 Evaluación final. Levantamiento de Actas. Firma de libretas. Exposición de trabajos. CONCLUSIONES Incluir los factores climáticos y solares al Diseño Industrial constituye una metodología innovadora, y la aplicación de esta metodología permite generar identidad en el diseñador. La incorporación de energías renovables en el Diseño Industrial permite generar un nicho de mercado local con crecimiento a nivel mundial y la alternativa de exportar productos o ideas. Aplicar esta metodología permite reducir el consumo de combustibles fósiles y generar ahorros económicos a los usuarios sumado al cuidado del medio ambiente. REFERENCIAS Evans, J. M. y de Schiller S., (1988, 1991, 1996), Diseño Bioambiental y Arquitectura Solar, EUDEBA, Buenos Aires. Fernández Salgado J. M., (2007), Guía Completa de la Energía Solar Térmica, A. Madrid Vicente, Madrid. Peuser, F. A., Remmers, K., Schnauss, M., (2005), Sistemas Solares Térmicos, Diseño e Instalación, Progensa, Sevilla. Page 8 of 8