Jessica Molina Castillo, Leonid Machuca Samaniego, Rafael Espinoza Paredes FC-UNI, CER-UNI 1
Figura 1. Mapa de ubicación de Vilcallamas Arriba, latitud 16.58 S y longitud 70.51 O. XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 2
MOVIMIENTO APARENTE DEL SOL Figura 2. Trayectoria aparente del sol en el cielo para Vilcallamas Arriba, latitud 16.58 S. Figura 3. Carta solar estereográfica de Vilcallamas Arriba, latitud 16.58 S y longitud 71.51 O. XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 3
RADIACIÓN SOLAR Tabla 1. Energía Solar incidente Diaria (Fuente: Atlas Solar) Mes (KWh/m2 día) Enero 5.5 Febrero 6.0 Marzo 6.5 Abril 5.8 Mayo 5.5 Junio 5.0 Julio 5.0 Agosto 5.0 Septiembre 5.5 Octubre 5.8 Noviembre 6.0 Diciembre 5.2 XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 4
Tabla 2. Radiación Global terrestre en principales direcciones promedio mensual Radiación Global (Wh/m 2 dia) Vertical Mes Horizontal Este ú Noreste ó Sureste ó Norte Sur Oeste Noroeste Suroeste Enero 5500 1387 2521 3279 2336 3138 Febrero 6000 1504 1928 3720 2893 3193 Marzo 6500 2535 1334 4316 3913 3064 Abril 5750 3862 1099 3398 3901 1947 Mayo 5500 5364 910 3451 4678 1528 Junio 5000 5667 852 3236 4714 1310 Julio 5000 5230 898 3184 4455 1392 Agosto 5000 3857 1047 3021 3655 1667 Septiembre 5500 2705 1211 3299 3303 2246 Octubre 5750 1662 1647 3633 2985 2973 Noviembre 6000 1393 2491 3610 2580 3357 Diciembre 5250 1378 2636 3097 2166 3056 Media 5563 3045 1548 3437 3465 2406 Anual (kwh/m 2 ) 2030.3 1111.6 565 1254.4 1264.7 878.2 (%) 100 54.7 27.8 61.8 62.3 43.3 XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 5
XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 6
TEMPERATURA Tabla 3. Temperaturas promedios de Vilcallamas Arriba T PROM. C T NOCHE C T DIA C T MAX C T MIN C T MAX. EXTR. T MIN EXTR. Oscil. C C C ENERO 5.0 2.4 7.2 10.5 0.8 12.7-0.6 9.7 FEBRERO 5.6 3.1 7.6 11.3 1.0 12.8-2.7 10.3 MARZO 5.4 2.8 7.7 11.6 1.0 13.2-1.2 10.6 ABRIL 5.1 1.7 8.0 12.4-0.8 14.4-3.2 13.2 MAYO 4.8 1.3 7.7 12.0-1.0 14.9-4.0 13.0 JUNIO 3.8 0.4 6.7 11.4-2.3 14.2-6.3 13.7 JULIO 2.9-0.1 5.5 11.0-3.6 13.5-7.8 14.6 AGOSTO 3.9 0.7 6.7 12.5-3.1 16.0-7.6 15.6 SEPTIEMBRE 4.9 1.1 8.1 12.7-1.9 14.6-5.4 14.6 OCTUBRE 5.7 2.2 8.7 12.4-2.7 16.2-4.4 15.1 NOVIEMBRE 6.5 2.7 9.8 13.4-1.0 17.3-2.5 14.4 DICIEMBRE 5.5 2.8 7.8 13.4 0.0 15.9-4.4 13.4 ANUAL 4.9 1.8 7.6 12.1-1.1 14.6-4.2 13.2 XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 7
Zona de confort (Szokolay): =.. +. =. =. y =. Figura 4. Gráfica de temperatura media, máxima, mínima, máxima extrema, mínima extrema y neutra con su relación con la zona de confort térmico. XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 8
HUMEDAD RELATIVA Tabla 4. Promedio de la humedad relativa máxima y mínimas en VA. HR M (%) HRm (%) Media (%) Enero 77.7 43.0 61.2 Febrero 77.1 37.7 58.0 Marzo 80.8 44.9 64.3 Abril 64.4 27.9 44.9 Mayo 49.1 20.6 33.1 Junio 42.9 15.3 27.5 Julio 35.9 11.7 22.9 Agosto 33.8 8.7 19.5 Septiembre 36.4 14.4 24.2 Octubre 58.1 18.7 36.5 Noviembre 51.1 17.2 32.6 Diciembre 81.5 39.5 61.5 ANUAL 57.4 25.0 40.5 XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 9
Figura 5. Gráfica de zona de confort de humedad, humedades media, máxima y mínima. XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 10
Tabla 5. Promedio de temperaturas horarias en la localidad de Vilcallamas Arriba. Temperaturas Horarias ( C) HRS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PR ENE 1.9 1.7 1.3 1.0 1.2 1.9 2.6 4.0 6.0 8.0 9.2 9.8 10.3 10.1 9.3 8.5 7.4 6.2 4.9 4.0 3.4 2.9 2.5 2.2 5.0 FEB 2.9 2.7 2.3 1.8 1.3 1.5 2.6 4.5 6.6 8.2 9.7 10.8 10.9 10.6 10.1 9.3 7.9 6.2 5.0 4.2 3.8 3.7 3.5 3.3 5.6 MAR 2.5 2.3 2.1 1.7 1.3 1.3 2.3 4.4 6.6 8.3 9.8 10.8 11.3 11.2 10.4 9.3 7.9 6.2 4.9 3.9 3.4 3.1 2.8 2.6 5.4 ABR 1.0 0.6 0.3 0.0-0.3-0.3 1.2 4.4 7.3 9.1 10.6 11.6 12.2 12.0 11.1 10.1 8.7 6.6 5.0 3.9 3.0 2.4 1.8 1.4 5.1 MAY 0.4 0.1-0.2-0.4-0.2 0.5 1.1 2.9 5.8 8.6 10.4 11.1 11.8 11.7 10.9 10.1 8.8 6.8 4.9 3.5 2.5 1.6 1.0 0.7 4.8 JUN -0.8-1.0-1.2-1.3-1.3-1.2-0.9 0.3 3.1 6.5 8.6 9.6 10.4 10.9 11.0 10.7 9.8 7.8 5.1 2.9 1.6 0.7 0.0-0.6 3.8 JUL -1.5-1.9-2.3-2.5-2.8-3.2-3.3-2.7 0.4 4.4 6.8 8.4 9.5 10.4 10.9 10.9 10.4 8.8 5.8 3.1 1.6 0.4-0.4-1.0 2.9 AGO -0.9-1.2-1.6-2.0-2.2-2.5-2.8-1.4 2.0 5.5 7.8 9.5 10.8 11.7 12.3 12.2 11.6 9.9 7.0 4.3 2.6 1.4 0.5-0.2 3.9 SEP -0.2-0.7-1.2-1.5-1.2-0.6 0.3 2.5 5.7 8.4 10.1 11.2 12.1 12.5 12.2 11.6 10.5 8.7 6.3 4.3 3.0 1.8 0.9 0.4 4.9 OCT 0.8 0.3 0.1-0.2-0.5-0.6 0.4 3.5 6.8 9.2 10.8 11.9 12.5 12.7 12.5 12.0 11.2 9.8 7.6 5.5 4.0 2.9 2.0 1.3 5.7 NOV 1.2 0.9 0.6 0.1-0.2-0.2 1.6 5.2 8.3 10.4 11.9 12.9 13.8 14.4 14.2 13.3 11.8 10.1 8.4 6.3 4.6 3.4 2.5 1.8 6.6 DIC 2.0 1.7 1.4 1.1 0.8 0.8 1.8 3.8 5.8 7.5 8.9 9.9 10.9 11.5 11.6 11.0 9.9 8.2 6.3 4.9 4.0 3.3 2.8 2.4 5.5 0.8 0.5 0.1-0.2-0.4-0.2 0.6 2.6 5.4 7.8 9.5 10.6 11.4 11.6 11.4 10.8 9.7 8.0 5.9 4.2 3.1 2.3 1.7 1.2 Tabla 6. Humedad relativa horaria. Humedad relativa (%) HRS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PRM ENE 72.5 72.5 72.4 72.2 71.1 68.8 66.0 61.5 55.4 49.9 46.6 45.2 44.6 45.3 47.5 50.8 54.5 58.2 62.7 66.2 68.7 71.3 72.1 72.1 61.2 FEB 66.4 66.4 67.4 67.6 67.1 66.5 63.2 57.5 52.0 47.2 43.2 40.4 39.8 41.4 44.1 47.9 54.1 60.6 64.2 66.1 67.1 67.1 67.2 66.9 58.0 MAR 73.4 72.9 72.6 72.5 72.4 72.3 69.1 63.2 58.0 53.0 49.0 47.4 47.0 47.5 50.1 54.3 59.7 65.7 70.4 74.0 74.7 74.5 75.1 74.2 64.3 ABR 52.2 50.1 48.4 47.4 46.5 45.8 43.2 39.0 35.5 32.9 31.0 30.1 31.2 33.3 35.6 39.0 44.8 51.8 57.7 59.6 57.8 56.8 55.6 53.3 44.9 MAY 39.4 38.1 37.0 36.1 34.9 33.3 32.0 29.6 26.5 23.7 22.6 22.6 22.8 23.7 25.2 27.0 30.3 35.2 40.9 43.7 43.6 43.6 42.5 40.4 33.1 JUN 34.1 33.3 32.6 32.3 32.1 31.6 31.3 31.6 29.6 25.1 21.7 19.8 18.5 17.7 17.5 17.9 19.4 22.8 28.2 31.7 32.5 32.5 32.7 33.5 27.5 JUL 27.8 28.5 29.2 29.6 30.8 31.9 32.2 33.3 30.2 22.8 18.1 16.0 14.5 13.2 12.5 12.4 12.8 14.1 17.3 21.0 23.3 24.9 26.3 27.4 22.9 AGO 24.5 24.5 24.8 25.3 25.5 25.9 26.6 27.5 24.7 19.6 16.4 14.2 12.9 11.8 10.8 10.4 10.4 11.5 14.6 18.0 20.3 21.8 23.1 23.9 19.5 SEP 28.2 28.0 28.0 27.7 27.1 26.2 26.0 25.0 22.3 19.8 18.2 17.0 16.3 16.4 17.3 18.4 20.3 22.6 25.6 28.5 30.0 30.9 30.6 29.7 24.2 OCT 45.1 45.9 46.2 46.6 47.3 47.9 47.4 42.4 34.2 27.5 24.1 22.7 22.3 23.4 24.8 26.8 29.1 31.4 34.9 38.3 40.4 41.7 42.5 43.4 36.5 NOV 38.1 38.2 38.0 38.4 39.0 38.4 37.5 32.4 26.8 25.0 23.6 22.5 21.4 20.2 21.0 24.5 30.8 34.1 35.9 38.2 39.1 39.4 39.2 39.8 32.6 DIC 71.7 71.8 71.9 72.0 72.0 71.8 70.9 66.9 60.7 55.1 50.9 48.2 45.5 43.9 44.0 46.3 50.5 55.5 61.1 65.4 68.1 70.1 70.9 71.3 61.5 47.8 47.5 47.4 47.3 47.2 46.7 45.5 XIX Simposio 42.5 38.0 Peruano 33.5 30.4 de Energías 28.9 28.0 Solar 28.1 - Puno 29.2 31.3 34.7 38.6 42.8 45.9 47.1 47.9 48.2 48.0 11
VIENTO Viento Tabla 7. Velocidad del viento en Vilcallamas Arriba. ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ANUAL Dirección Dominante E E E E E E E E E E E E E Velocidad Media 3.7 3.1 3.4 3.8 4.5 4.4 4.1 4.2 4.3 4.5 4.6 4.2 4.1 Velocidad Máxima 6 5 6 5 6 8 6 7 7 7 8 6 8 Tabla 8. Frecuencia anual de velocidades del viento en Vilcallamas Arriba. N NE E SE S SO O NO Velocidad Media 2.3 3.7 4.1 4.0 3.8 4.4 4.4 3.6 Frecuencia (%) 0.8 3.3 75.3 11.0 1.1 1.4 2.2 4.7 Figura 7. Rosa del viento de Vilcallamas Arriba. Velocidad promedio anual de 4.1 m/s XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 12
Tablas de Mahoney Diagrama de Olgyay Carta Psicometrica de Givoni Triangulo de Evans Tablas de Mahoney XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 13
MAXIMAS MEDIDAS MENSUALES MINIMAS MEDIDAS MENSUALES VARIACIONES MEDIAS MENSUALES TEMPERATURA PROMEDIO MENSUAL TEMPERATURA DEL AIRE ( C) E F M A M J J A S O N D 10.5 11.3 11.6 12.4 12.0 11.4 11.0 12.5 12.7 12.4 13.4 13.4 0.8 1.0 1.0-0.8-1.0-2.3-3.6-3.1-1.9-2.7-1.0 0.0 9.7 10.3 10.6 13.2 13.0 13.7 14.6 15.6 14.6 15.1 14.4 13.4 5.0 5.6 5.4 5.1 4.8 3.8 2.9 3.9 4.9 5.7 6.5 5.5 TMA=4.9 Datos máximos, mínimos, oscilación y promedios mensual. MAXIMAS MEDIAS MENSUALES MINIMAS MEDIAS MENSUALES PROMEDIO DE HUMEDAD RELATIVA GRUPO HR PLUVOSIDAD VIENTO (DIRECCION) DOMINANTE HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE (%) E F M A M J J A S O N D 77.7 77.4 80.8 64.4 49.1 42.9 43.0 37.7 44.9 27.9 20.6 15.3 61.2 58.3 64.3 44.9 33.1 27.5 22.9 19.5 3 3 3 2 2 1 1 1 1 1 2 3 90 120 100 60 20 0 0 0 10 60 70 65 E E E E E 35.9 33.8 36.4 58.1 51.1 81.5 11.7 8.7 14.4 18.7 17.2 39.5 24.2 36.5 32.6 61.5 E E E E E E E
TABLAS MAHONEY Tablas de Mahoney DIAGNÓSIS DEL RIGOR TÉRMICO TMA: 4.9 E F M A M J J A S O N D GRUPO DE HUMEDAD 3 3 3 2 2 1 1 1 1 2 2 3 CONFORT DURNO RANGO SUP RANGO INF 26 26 26 27 27 30 30 30 30 27 27 19 19 19 20 20 21 21 21 21 20 20 26 19 CONFORT NOCTURNO RANGO SUP RANGO INF 19 19 19 20 21 21 21 21 21 20 20 19 12 12 12 12 14 12 12 12 12 12 12 12 MÁXIMAS MEDIAS MENSUALES 10.5 11.3 11.6 12.4 12 11.4 11 12.5 12.7 12.4 13.4 13.4 MÍNIMAS MEDIAS MENSUALES RIGOR TÉRMICO 0.8 1.0 1.0-0.8-1.0-2.3-3.6-3.1-1.9-2.7-1.0 0.0 DIA F F F F F F F F F F F F NOCHE F F F F F F F F F F F F Diagnostico de Rigor Térmico y grupos de Humedad según Mahoney Limites de confort de Mahoney
HUMEDAD INDICADORES E F M A M J J A S O N D TOTAL 1- VENTILACIÓN INDISPENSABLE HI 0 2- VENTILACIÓN CONVENIENTE H2 0 3- PROTECCIÓN CONTRA LA LLUVIA ARIDEZ H3 4- ALMACENAMIENTO TÉRMICO A1 11 5- ESPACIO PARA DORMIR AL AIRE ALIBRE A2 6- PROTECCIÓN CONTRA EL FRÍO A3 12 SI Rigor Térmico diurno nocturno Pluviosidad Grupo de Humedad Variación media C 4 H1 C 2 ó 3 <10º H1 ---- 4 H2 >200 mm H3 1, 2 ó 3 >10º A1 C 1 ó 2 A2 C ---- 1 ó 2 >10º A2 F A3 ENTONCES RECOMENDACIONES DISTRIBUCION concepto de patio compacto TAMAÑO DE ABERTURAS medianas, 30-50% MUROS Y PISOS masivos arriba de 8h de retardo termico
número de indicadores INDICADORES DE MAHONEY 1 2 3 4 5 6 no. Recomendación Distribución 0-10 11-12 5-12 1 Orientación Norte-Sur (eje largo E-O) 0-4 2 Concepto de patio compacto Espaciamiento 11-12 3 Configuración extendida para ventilar 2-10 4 igual a 3, pero con protección de vientos 0-1 5 Configuración compacta Ventilación 3-12 1-2 0 0-5 6 Habitaciones de una galería -Ventilación constante - 6-12 2-12 7 Habitaciones en doble galería - Ventilación Temporal - 0-1 8 Ventilación NO requerida Tamaño de las Aberturas 0 9 Grandes 50-80 % 0-1 1-12 2-5 6-10 10 11 Medianas 30-50 % Pequeñas 20-30 % 0-3 12 Muy Pequeñas 10-20 % 11-12 4-12 13 Medianas 30-50 % Posición de las Aberturas 3-12 1-2 0 2-12 0-5 6-12 14 15 En muros N y S. a la altura de los ocupantes en barlovento (N y S), a la altura de los ocupantes en barlovento, con aberturas tambien en los muros interiores Protección de las Aberturas Muros y Pisos Techumbre Espacios nocturnos exteriores 10-12 0-9 0-2 16 Sombreado total y permanente 2-12 17 Protección contra la lluvia 0-2 18 Ligeros -Baja Capacidad- 3-12 19 Masivos -Arriba de 8 h de retardo térmico 0-2 20 Ligeros, reflejantes, con cavidad 3-12 0-5 21 Ligeros, bien aislados 6-12 22 Masivos -Arriba de 8 h de retardo térmico 2-12 23 Espacios de uso nocturno al exterior 3-12 24 Grandes drenajes pluviales XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 17
Figura 6. Diagrama bioclimático de Olgyay para todos los meses.
TEMPERATURA HR Tm TM maxximo minimo HORA 05:00 14:00 05:00 14:00 ENERO 0.8 10.5 77.7 43.0 FEBRERO 1.0 11.3 77.4 38.0 MARZO 1.0 11.6 80.8 44.9 ABRIL -0.8 12.4 64.4 27.9 MAYO -1.0 12.0 49.1 20.6 JUNIO -2.3 11.4 42.9 15.3 JULIO -3.6 11.0 35.9 11.7 AGOSTO -3.1 12.5 33.8 8.7 SEPTIEMBRE -1.9 12.7 36.4 14.4 OCTUBRE -1.0 13.4 58.0 18.7 NOVIEMBRE -0.5 14.7 51.0 17.2 DICIEMBRE 0.5 12.2 81.5 39.5 Figura 5. Carta Psicométrica de Givoni
A= Actividad sedentaria B= Confort para dormir C= Circulación interior D= Circulación exterior En las figuras se aprecia que la temperatura media de Puno oscila desde 3 hasta 7 C aproximadamente y las oscilaciones entre 8 y 16 K, evidentemente valores muy representativos de climas fríos y sólo queda por mencionar que se necesitaría aplicar estrategias de calentamiento. 1= Ventilación cruzada 2= Ventilación selectiva 3= Inercia térmica 4= Ganancias internas 5= Ganancias solares COMBINACIONES 3+4+5
Estrategias de Diseño bioclimático para Vilcallamas Arriba DIAGRAMA BIOCLIMATICO CARTA PSICOMETRICA TABLAS DE MAHONEY TRIANGULOS VERDES Autor Victor Olgyay Baruch Givoni Carl Mahoney Martin Evans Estrategias y Recomendaciones Propuestas CALENTAMIENTO SOLAR ACTIVO Y CONVENCIONAL CALENTAMIENTO SOLAR PASIVO CALENTAMIENTO SOLAR ACTIVO Y CONVENCIONAL CALENTAMIENTO SOLAR PASIVO ALMACENAMIENTO TERMICO CALENTAMIENTO DURANTE TODO EL AÑO RECOMENDACIONES CONCEPTO DE PATIO COMPACTO ABERTURA MEDIANAS, 30-50% MUROS Y PISOS MASIVOS ARRIBA DE 8h DE RETARDO INERCIA TERMICA GANANCIA INTERNA GANANCIA SOLAR Es evidente que debe aplicarse estrategias de calentamiento con preferencia sobre cualquier otra, no obstante, esto no es explícito con las recomendaciones del resultado. Podríamos interpretar esta aparente discordancia como evidencia de desconexión de la técnica con las condiciones de zonas frías alto andinas no consideradas en su elaboración.
GRACIAS POR SU ATENCION XIX Simposio Peruano de Energías Solar - Puno 22