La estera andina como
aislante para la rehabilitación energética de viviendas rurales en el páramo ecuatoriano=
.
The use of Andean mats as insulators in the energy
rehabilitation of rural households in the Ecuadorian Paramo
Juan E. Ureña
Moreno. [1] <=
/span>& Carlos Renato Chávez. [2] & Vicente Parra León3
Recibido:
28-04-2019 / Revisado: 17-05-2019 /Aceptado: 30-06-2019/ Publicado: 25-07-2=
019
<= o:p>
The Andean mat, totora fiber made by
artisans in the area, reveals its importance in the energy rehabilitation of
the model of the Rural Housing Program
where a series of houses have been built in the North Central Andean
highlands by the Ministry of Urban Development and Housing (MIDUVI). These
homes are built about 3000 meters above sea level in a particular ecosystem
called "the Andean páramo", where
indigenous native peoples of ancient traditions live. The Rural Housing Pro=
gram
presents a problem of habitability due to the low temperatures that occur in
the Andean dawn, causing high percentages of abandonment of these homes by
their beneficiaries.
The
structure of the house was modeled in a specialized bioclimatic software ca=
lled
"ECOTECT ANALYSIS", using the previous knowledge of the materials=
and
construction techniques that were used to build the house. This tool was li=
nked
to a climatic and sun orientation database "CLIMATE CONSULTANT 5.5&quo=
t;
of free access through the University of California, Los Angeles (UCLA). The
results of the analyzed area the" North Central Andean highlands "=
;,
reveal that the largest losses in the envelope are produced by the roof of =
fibercement in 24.6% and that these decrease to 5.3% =
if the
mat is used as a suspended ceiling.
In order to determine the variations=
of
the interior temperature, a meteorological station (WS1080) with a
thermo-hydraulic transmitter was installed in a house of the Quinua Nam community tourism project built by MIDUVI,=
which
is located at 3376above sea level in the Andean páramo=
of the Province of Chimborazo. Mor=
e than
5000 readings were taken every half hour, as a result of this, it was
determined that after the installation of the Andean mat, as a thermal
insulator, the temperatures in the unfavorable early rises increased on ave=
rage
from 8 to 13 degrees Celsius. In conclusion, the use of the Andean mat is an
economical solution of quick installation that turns the house into a more
thermally comfortable place during the cold nights of the Paramo. This can =
be
seen as an important detail that can make the different at the moment of
thinking about abandoning these houses, as it is well known that there are =
more
than 6,000 homes that are affected in the North Central Andean highlands of
Ecuador.
Keywords:
Envelop, Andean Ma=
t,
Paramo, Heat Gain, Rural Housing
Resumen.
La estera andina, fibra de totora confeccionada por los artesanos de la zona, devela su importancia en la rehabilitación energética para el modelo de vivienda en serie del programa de Vivienda Rural del Ministerio de Desarrol= lo Urbano y Vivienda (MIDUVI) enfocado en la Sierra Centro-Norte de los Andes Ecuatorianos. Dichas viviendas son construidas por encima de los 3000 metros sobre el nivel del mar en un ecosistema particular “el páramo andino” donde habitan indígenas originarios llenos de costumbres con una cosmovisión prop= ia. El Programa de vivienda rural presenta un problema de habitabilidad debido a las bajas temperaturas que se presentan en la madrugada andina, provocando = altos porcentajes de abandono de estas viviendas por parte de sus beneficiarios.<= o:p>
Se
modeló la estructura de la vivienda en un software bioclimático especializa=
do
llamado “ECOTECT ANALYSIS”, utilizando la información de los materiales y
técnicas de construcción usadas. E=
sta
herramienta fue enlazada a una base de datos climáticos y de orientación del
sol “CLIMATE CONSULTANT 5.5” de acceso gratuito de la Universidad de
California, Los Ángeles (UCLA). P=
ara la
zona en mención “la Sierra central ecuatoriana”, los resultados del análisis
revelan que las mayores pérdidas en la envolvente se producen por el techo =
de
fibrocemento en un 24.6 % y que estas disminuyen a 5.3% si se usa la estera
como techo falso.
Con
el objetivo de determinar las variaciones de temperatura interior se instaló
una estación meteorológica (WS1080) con transmisor termo hidráulico en una
vivienda del proyecto de turismo
comunitario Quinua Nam construida por el MIDUVI.
Ubicada a 3376 msnm en el páramo andino de la Provincia de Chimborazo se
tomaron más de 5000 lecturas en intervalos cada media hora, como resultado =
se
determinó que después de la instalación de la estera en el techo como aisla=
nte
térmico las temperaturas en las horas más desfavorables de la madrugada se
incrementaron en promedio de 8 a =
13
grados centígrados.
Se
concluye que es una solución económica, de rápida instalación y que convier=
te a
la vivienda en un lugar más confortable térmicamente en la fría noche de
Paramo. Este hallazgo puede verse =
como
un detalle importante que marca la diferencia entre el abandono de la
estructura o su uso cotidiano lo cual es importante ya que se sabe que exis=
ten
más de 6000 viviendas que están afectadas en la región central del Ecuador.=
<=
span
style=3D'mso-tab-count:1'> Palabras claves: Envolvente,
Estera, Paramo, Ganancia Térmica, Vivienda Rural
Intro=
ducción.
Los Andes Ecuatorianos albergan una de las
estructuras vernáculas de la herencia indígena “La Choza”, semienterrada con
una envolvente dotada de técnicas bioclimáticas intrínsecas, tiene un óptimo
desempeño en el frío del páramo andino. <=
/span>
El déficit habitacional presentado por el MIDUVI,
que para el año 2010 era de 692.216 unidades en todo el Ecuador, especifica=
que
el 80 por ciento corresponde a familias de bajos ingresos. El gobierno del Ecuador con el objetivo=
de disminuir
este déficit impulsó un programa de vivienda Rural en las comunidades de la
Sierra Centro, muchos de estos cantones están catalogados con los más altos
índices de pobreza de todo el país.
El Mini=
sterio
de Vivienda construyó un prototipo de vivienda que no toma en cuenta este
ecosistema, donde existen saltos significativos de temperatura entre la noc=
he y
el día. El diseño propuesto descar=
ta
las técnicas constructivas
tradicionales tales como la construcción en tierra o bahareque.
Más de =
6000
viviendas de interés social fueron construidas y entregadas a beneficiarios=
en
la Sierra Central del Ecuador. La población abandono su vivienda tradicional
para habitar la “modernidad”, sin embargo, a los pocos meses el porcentaje =
de
abandono de las nuevas viviendas creció a tal punto que muchas de estas
estructuras son usadas en la actualidad como bodegas de almacenamiento o
protección de especies menores.
Apoyado en una experiencia previa de trabajo con
estos pueblos y el conocimiento profundo de materiales, formas constructiva=
s,
clima y especificaciones; se plantea la hipótesis inicial; los materiales d=
e la
envolvente no están diseñados para este ecosistema. Convirtiéndose en objetivo primordial d=
e este
trabajo, someter la estructura del techo bajo un análisis bioclimático para demostrar el problema de habitabi=
lidad
por la falta de confort térmico que tienen estas unidades construidas en el
páramo ecuatoriano.
Las bajas temperaturas nocturnas son señaladas c=
omo
la causa principal; en el Ecuador no existen investigaciones previas para el
desempeño bioclimático en este tipo de estructuras para esta región; es por
ello que esta investigación pretende brindar una solución rápida, de bajo c=
osto
y accesible a este segmento de la población.
Las mejoras planteadas pretenden elevar la temperatura interior de l=
as
viviendas evitando así su abandono.
Las pruebas de campo ejecutadas en San Martin,
Cantón Guamote, Provincia de Chimborazo, comunidad indígena que fue benefic=
iada
con 14 viviendas del programa MIDUVI, se encuentra a más de 3600 metros sob=
re el
nivel del mar en los Andes ecuatorianos
El análisis bioclimático próximo pretende
reconocer toda la diversidad de
factores a considerar y establece niveles de relación entre ellos
suficientemente claros para proporcionar soluciones reales y adaptadas a la
realidad social y económica de sus habitantes.,
para después realizar un ap=
orte
real con soluciones prácticas para el mejoramiento en su confort térmico con criterios pasivos, =
no
descartando incluir algún sistema =
activo
acorde a la realidad social y geográfica de la región o el uso de materiales específicos encontrados en el
entorno próximo del páramo ecuatoriano.
Metodologia.
Este artículo de investigación detalla los resulta=
dos
de una investigación aplicada que tiende a resolver un problema específico,=
la
baja temperatura interior, con el desarrollo de una idea innovadora a corto=
y
mediano plazo, el uso de la estera de totora.
Según Gómez, este enfoque usa la recopilación de
información y su posterior análisis para responder interrogantes de
investigación y probar hipótesis previamente establecidas (2006)
La metodología de este análisis pretende no perder=
de
vista ningún aspecto parcial de la totalidad de lo analizado, poniendo en
relación todos los factores a base de retroalimentación apoyado en un diagnostico ejecutado en un Software especializado que
afirma la hipótesis de la falta de confort térmico en estas unidades
habitacionales y muestran posibles caminos de intervención.
La modelación, bajo condiciones climáticas del pár=
amo
ecuatoriano y una orientación optima de la vivienda, oriento el mayor númer=
o de
aberturas hacia el Este y Oeste; la Fig. 1.1 presenta las trayectorias sola=
res
sobre la estructura a lo largo del año.
La trayectoria del sol en todo el año tiene una
trayectoria de Oeste a este en la Sierra central del Ecuador, exponiendo al
techo directa y verticalmente a los rayos solares la mayor parte del día,
revelando así la importancia del techo como el elemento principal para la g=
anancia
térmica en esta ubicación geográf=
ica.
Fuente: Elaboración Propia
La Figura 1.2 presenta la ganancia térmica en hora=
s de
la tarde para las distintas zonas de la envolvente y sus valores totales
recibidos en orientación óptima, la tabla adjunta demuestra que la mayor
ganancia en el día se produce en el techo, induciendo también la hipótesis =
que
también tendrá la mayor perdida por la noche en esa zona de la envolvente. =
Fig. 1.2 Valores totales de radiación envolvente en
orientación óptima sierra central Ecuador
Fuente: elaboración propia
Develada la importancia del techo con respecto al =
sol
para esta latitud, se hace un análisis de los materiales y su forma
constructiva, especificaciones que se detallan a continuación:
Tiene una=
forma
de techo a dos aguas y está fabricada en planchas de fibrocemento sujetas y
asentadas sobre una estructura metálica soldada en el sitio (Fig. 1.3), no
existen canales de recolección de aguas lluvias.
MIDUVI de=
talla
la cubierta con la siguiente normativa:
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
2 |
|
|
|||
|
3 |
|
|
Fu=
ente: MIDUVI CHIMBORAZO =
Fig. 1.3 Detalle constructivo Cubierta - Vivienda Rural MIDUVI CHIMBORAZO Comuni=
dad Batzacon
Fuente: Elaboración Propia
Conociendo los componentes del techo se determina =
el
coeficiente de transmitancia térmica “K” (K=3D1/R) ; R=3D (1/a1 +e1/l1+1/ ae) pará=
metro
básico para la modelación de la envolvente. Dónde: e1/=
l1=3D única cubierta (plancha asbesto cemento) a1=3D Resistencia Superficial Interna ae=3DCapa de aire superficial externa
|
Capa
de elemento constructivo (Techos) |
Espesor
e (m) |
Conductividad
térmica l (W/mK) |
Resistencia
al paso del calor R
(W/ m² K) |
|
Resistencia
superficial interna |
|
|
0.17 |
|
Plancha
asbesto cemento Densidad aparent=
e 1300 3 |
0.010 |
0.87 |
0.012 |
|
Capa
de aire superficial externa |
|
|
0.04 |
|
Total
|
0.015 |
|
0.22 |
El
coeficiente de transmitancia térmica “K” para el techo es: K=3D1/R K=3D 1/0.22 [W/ m² K] K=3D 4.54 [W/ m² K]
Fuente:
Elaboración Propia
Con el uso del softwar=
e bioclimático
especializado “ECOTECT ANALYSIS”, enlazado a la base de datos
“CLIMATE CONSULTANT 5.5” para la zona sierra centro de los andes
ecuatorianos. Se registran los valores obtenidos de transmitancia térmica p=
ara el
techo, la fábrica de ladrillo y suelo; además de datos específicos de
estimación de (Clo) para la vestimenta ancestral usada por los beneficiario=
s,
horarios de habitabilidad y cocción de alimentos dentro de la estructura (F=
ig. 1.4).
Obteniendo los siguientes resultados:
Fig. 1.4 (Izquierda) Valores para Condiciones Internas de
Diseño, Ocupación y Operación), Derecha (Cronograma de ocupación de la
estructura basado en experiencia en campo)
Fuente: Elaboración Propia
Resultados=
.
Al
analizar el comportamiento de la cubierta, las perdidas representan el 24.6%
del total por la falta de aislamiento.
Fig. 2.1 GANANCIAS Y PERDIDAS TECHO –
Estructura del techo Vivienda MIDUVI
|
Categoría |
Pérdidas |
|
|
Fabrica(
cubierta) |
24.6% |
0.0% |
|
Sol-Air |
0.0% |
81.7% |
|
Solar |
0.0% |
0.0
% |
|
Ventilación |
0.3% |
0.0% |
|
Interna |
0.0% |
2.8% |
|
Inter-
Zonal |
75.1% |
15.5% |
Fu=
ente: ECOTECT ANALYSIS -
Elaboración Propia
Demostrado que el techo de
fibrocemento sin cámara de vacío tiene pérdidas del 24.6 %, se plantea el u=
so
de un material como aislante, económico y de fácil acceso para el segmento =
de
usuarios, la estera de totora artesanal tiene propiedades reconocidas y
resistencia al paso del tiempo. Una
estructura de madera de eucalipto apoyada sobre las paredes internas servir=
á de
soporte para la fibra, sobre habitaciones y espacios comunes instalados a u=
na
altura de 2.20 metros desde el suelo.
(Fig. 2.2)
Fig. 2.2 Det=
alle
de instalación estera
Modelación
con estera
Simulando
la cámara de aire y el tejido hecho de estera con valores de conductividad
térmica de 0.041 [W/m K] 3 correspondientes a fibras de rápido
crecimiento como el lino, la fibra de cáñamo o su equivalente “la
totora”, que producen fibras aptas=
para
su uso como aislante, siendo ligera y con energía incorporada de ent=
re
1228-1422 [W/Kg] se obtuvo que:
Las
pérdidas por el techo se ubicaron en menos del 6%. La Fig. 2.3 presenta en color rojo el v=
alor
referido.
Fig. 2.3
Ganancias y pérdidas techo después de intervención – Estructura de techo Vivienda MIDUVI
|
Categoría |
Pérdidas |
Ganancias |
|
Fabrica |
5.3% |
0.0% |
|
Sol-Air |
0.0% |
93.1% |
|
Solar |
0.0% |
0.0% |
|
Ventilación |
0.1% |
0.0% |
|
Internal |
0.0% |
1.5% |
|
Inter- Zonal |
94.6% |
5.3% |
Fu=
ente: ECOTECT ANALYSIS -
Elaboración Propia
Las
pérdidas por el techo disminuyeron desde 24.6% a menos de 6%. La disminución más significativa en la
envolvente después de la intervención.
Haciendo
un análisis de la temperatura interior, el monitoreo con la estación
meteorológica WS1080 se ejecutó antes de la intervención con estera por un
periodo de 3 meses, para después continuar con el monitoreo durante 3 meses=
más
con aislante de estera en el techo.
Las
temperaturas menos favorables se dan en promedio entre las 4h00 y 6h00 hora=
s en
todos los periodos diarios con un promedio de 6 a 7 grados centígrados. (Fig. 2.4) y las máximas entre las 14h0=
0 y
15h00 horas alcanzando 22 grados centígrados.
Fig. 2.4 monitoreo temperatura interior viviend=
a sin
intervención (Lecturas de la estación meteorológica)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fu=
ente: ESTACION
METEREOLOGICA WS1080
Fig.
2.5 moni=
toreo
temperatura interior vivienda sin intervención (Interpretación gráfica)
Después
de la intervención (Fig. 2.5) las
temperaturas menos favorables continúan dándose entre las 4h00 y 6h00 horas=
en
todos los periodos diarios pero con medias de 13 grados centígrados. (Fig. 2.6) y las máximas entre las 14h0=
0 y
15h00 horas alcanzando 20 grados centígrados.
Fig. 2.6 ESTACION METEREOLOGICA WS1080 en vivienda interven=
ida
con estera.
Fu=
ente: Elaboración Propia=
Fig. 2.7 monitoreo temperatura interior viviend=
a con
intervención
|
21.05.2018 00:05:32 |
30 |
13.2 |
|
21.05.2=
018
00:35:32 |
30 |
13.1 |
|
21.05.2=
018
01:05:32 |
30 |
13.1 |
|
21.05.2=
018
01:35:32 |
30 |
13.1 |
|
21.05.2=
018
02:05:32 |
30 |
13 |
|
21.05.2=
018
02:35:32 |
30 |
13 |
|
21.05.2=
018
03:05:32 |
30 |
13 |
|
21.05.2=
018
03:35:32 |
30 |
13 |
|
21.05.2=
018
04:05:32 |
30 |
12.9 |
|
21.05.2=
018
04:35:32 |
30 |
12.8 |
|
21.05.2=
018
05:05:32 |
30 |
12.7 |
|
21.05.2=
018
05:35:32 |
30 |
12.5 |
Fuente: ESTACION METEREOLOGICA WS1080 - Elaboración Propi=
a
Conclusiones.
· =
Las mayores pérdidas en la envolvente se dan por el t=
echo
de fibrocemento con un 24.6 % del total.
· =
El techo falso hecho de estera apoyado en una estruct=
ura
de madera, disminuye las pérdidas por el techo del 24.6 al 5.3 % de la gana=
ncia
total.
· =
Las temperaturas más bajas registradas se dan entre l=
as
04h00 a 07h00 horas de la mañana con marcas de hasta 5 grados centígrados, =
sin
embargo, las temperaturas máximas interiores bordean los 22 grados centígra=
dos
durante el día.
· =
El techo de fibrocemento con un coeficiente de
transmitancia térmica de K=3D 4.54
[W/ m² K], no protege a la vivienda de las bajas temperaturas de la
madrugada andina, se propone vetar su
uso para este piso climático, en el caso de que no use un techo falso como
aislante.
· =
La estera como aislante en el techo aumenta la
temperatura interior en un promedio de hasta 6 grados centígrados en las ho=
ras
más frías de la madrugada.
· =
El bajo costo y fácil instalación, además de buenas
características térmicas y fácil acceso al material por parte de los usuari=
os,
hacen de la estera de totora la mejor opción como aislante térmico para la
rehabilitación del techo.
· =
Se debe evitar pérdidas por espacios abiertos entre l=
as
ventanas de aluminio y la mampostería, las perdidas por espacios dejados en
defectos constructivos hacen de las viviendas estancias frías.
·&nb=
sp;
El suelo de la vivienda no debe usar materiales como
piezas cerámicas o porcelanatos, ya que incrementan la sensación de frio en=
la
estancia.
Referencias
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Javier.(2014). Arquitectura Bioclimática y Construcción sostenible. DAPP Publicaciones =
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Arquitectura y Climas. Barcelona: Gustavo Gili.
PARA
CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Ureña Moreno, J. E., Renato Chávez, C., & Parra León, V. (2019). La estera andina como aislante para la rehabilitación energética de viviendas rurales en el páramo ecuatoriano. Ciencia Digita= l, 3(3.2), 24-37. https://doi.org= /10.33262/cienciadigital.v3i3.2.713
El artículo que se publica es de
exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente reflejan el
pensamiento de la Revista Ciencia
Digital.
El artículo qu=
eda
en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en
otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Ciencia Digital.
1 Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facult=
ad
de Recursos Naturales, Chimborazo, Ecuador,
juan.urena@espoch.edu.ec
2 Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facult=
ad
de Recursos Naturales, Chimborazo, Ecuador, renato.chavez@espoch.edu.ec
3 Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facult=
ad
de Recursos Naturales, Chimborazo, Ecuador, vicente.parra@espoch.edu.ec
www.cienciadigital.org
=
Vol. 3, N°3.2, p.24-37, julio - septiembre, 201