SIMULACIÓN DE UNA VIVIENDA TÍPICA DE INTERÉS SOCIAL BAJO CARGAS TÉRMICAS OBTENIDAS EXPERIMENTALMENTE

Transcripción

1 SIMULACIÓN DE UNA VIVIENDA TÍPICA DE INTERÉS SOCIAL BAJO CARGAS TÉRMICAS OBTENIDAS EXPERIMENTALMENTE JAVIER ESPINAL ARGUDIN, MAC PHD. FRANCISCO YEOMANS, MC. DELMA ALMADA, MC. CARLOS NUNGARAY SAN MIGUEL ALLENDE, GUANAJUATO; 26 DE OCTUBRE DEL 2007

2 Contenido 1. Introducción 2. Características de la vivienda en estudio 3. Variables climatológicas a medir y ubicación de sensores 4. Descripción del modelo de simulación 5. Descripción de los materiales 6. Descripción de las cargas aplicadas 7. Análisis y resultados

3 Fotografía: NASA Introducción 1

4 Al diseñar un espacio habitable, se debe asegurar el confort térmico de sus ocupantes, con una demanda energética compatible con las actividades al interior del mismo. En México la vivienda de interés social no cumple con este objetivo, por las siguientes razones: Los materiales componentes de la envolvente térmica tales como: muros, pisos, losas y ventanas, presentan baja capacidad de aislamiento térmico.

5 Los requerimientos del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal referenciados a urbanismo y construcción no exigen aislamiento térmico (excepto por la losa) [1]. Fotografía: David Morillon, 2005 [1] Reglamento publicado en el Diario Oficial de la Federación el día 2 de agosto de 1993).

6 Un alto porcentaje de las viviendas son construidas en superficies reducidas menores a los 45 m2, con una alta tasa de ocupación y estadía en el interior de la misma. HORAS DE ESTADIA DENTRO DE LA VIVIENDA DEL TOTAL DE LA MUESTRA AGOSTO 2006 DESARROLLADORA: URBI 2% 37% 0 A 6 7 A A A 24 61% 0%

7 Esto produce un desmejoramiento de la calidad de vida en los usuarios y el uso ineficiente de los recursos energéticos para la climatización de las viviendas. Fotografía: Albert T. Bicol, 2005

8 El Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), Campus Monterrey a través de la División de Ingeniería y Arquitectura (DIA) ha formado la Cátedra de Desarrollado e Innovación de Procesos y Tecnologías de Vivienda, con el objetivo de mejorar las condiciones de vivienda social. Una de las líneas estratégicas dentro de la Cátedra, es la línea de Confort Térmico, en donde se llevó a cabo esta investigación. El estudio experimental y analítico consistió en la evaluación y simulación térmica de una vivienda típica de interés social construida de mampostería reforzada interiormente, con losa aligerada, ubicada en el municipio de Mexicali, Baja California. Las máximas temperaturas registradas se utilizaron como carga térmica en el modelo de simulación de la vivienda en el programa ANSYS versión 11.0, utilizando una geometría formada por elementos sólidos.

9 Características de la vivienda en estudio 2

10 Mexicali, B.C.

11

12 Fraccionamiento Villa Las Lomas Superficie de construcción 38 m2 Superficie de terreno 120 m2 Número de recámaras Ubicación de las viviendas Vivienda en esquina 2.0 Orientación de las viviendas dentro del programa FIDE Viviendas orientadas hacia el Norte Integrante Sexo Edad (Años) Tiempo promedio de permanencia (Hrs/día) Esposa Femenino Esposo Masculino 35 12

13 Variables climatológicas a medir y ubicación de sensores 3

14 Temperatura

15 Humedad

16

17 Descripción del modelo de simulación 4

18 Interfase gráfica Para llevar a cabo la modelación en el programa ANSYS se elaboró la geometría de la vivienda mediante la interfase gráfica del programa de diseño asistido por computadora AutoCAD versión 2004, a través del cual se elaboraron las poli-líneas que harían formar una superficie en dos dimensiones y posteriormente con una función extrude se generó el sólido en tercera dimensión.

19 Una vez elaborado la geometría en el programa AutoCAD se exportó el archivo con la terminación ACIS (*.sat), siendo una de las extensiones compatibles entre la interfase gráfica y el programa de simulación de elemento finito ANSYS. Importando la geometría

20 Grupo de Elementos Durante el proceso de importación del archivo de la geometría, el programa ANSYS detecta automáticamente el número de sólidos y partes que forman la geometría completa, sin embargo no respeta las capas que se habían preestablecido en el programa de diseño asistido por computadora, por otro lado cuenta con una función Create named selection y a través de ella se seleccionan los elementos sólidos que forman parte de un grupo (en este caso una capa) y se le establece un nombre de identificación

21 Elementos de contacto Para la simulación de la vivienda se utilizó uno de los 5 tipos de contacto que maneja el programa, el llamado Bonded por ser el mas adecuado y de acuerdo a las referencias del ANSYS no permite ningún deslizamiento o separación entre caras y los bordes, si este tipo de contacto se determina en el modelo matemático, cualquier espacio será cerrado y cualquier penetración inicial será ignorada (ANSYS 11.0, 2007)

22 Mallado El mallado de la geometría se hizo mediante la opción de Mesh que automáticamente maneja el árbol de herramientas del programa ANSYS, generando 60,929 elementos

23