Ingeniería Industrial · 2021
Construcción De Una Cubierta Verde Extensiva Sobre Un Techo Inclinado A Cuatro Aguas En Un Ambiente Húmedo – Tropical, A Partir Del Modelado Y La Simulación De Variables Físicas. Ingeniería Civil e Ingeniería Industrial
La investigación consistió en la construcción de una cubierta verde extensiva sobre un techo inclinado que permitiera la reducción de la temperatura interna de una habitación en una vivienda en el área metropolitana de Bucaramanga. Esto se logró a partir de la investigación de los modelos validados, selección de los más adecuados al caso de estudio con base en la capacidad de definir y/o medir las variables de entrada y la adaptación del modelo matemático que mejor represente los tres tipos de transferencia de calor. Además, se realizó un modelo de optimización financiera para determinar la mayor tasa interna de rentabilidad (en el proceso constructivo) a lo largo de la vida útil del proyecto obteniendo una TIR del 10.64%. Finalmente, se logró identificar una reducción representativa en las temperaturas máximas de la habitación de 5.83°C al instalar la cubierta verde junto a un error cuadrático medio RMSE de 9.54°C al comparar los datos simulados con medidos experimentalmente.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 15
- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAp. 18
- JUSTIFICACIÓNp. 22
- OBJETIVOSp. 26
- Objetivo Generalp. 26
- Objetivos Específicosp. 26
- MARCOS DE REFERENCIAp. 27
- MARCO DE ANTECEDENTESp. 27
- MARCO CONCEPTUALp. 112
- Aislamiento térmicop. 113
- Inercia térmicap. 115
- Cubierta verdep. 116
- Cubierta verde extensivap. 118
- Cubierta verde extensiva según inclinaciónp. 121
- Transferencia de calorp. 123
- Radiaciónp. 124
- Convecciónp. 127
- Conducciónp. 133
- Estandarización de procesosp. 136
- Simulación numérica no linealp. 137
- Plataforma Arduinop. 140
- Distribución normal de probabilidadp. 141
- MARCO LEGALp. 142
- DISEÑO METODOLÓGICOp. 143
- Tipo de investigaciónp. 144
- Recolección de datos inicialesp. 144
- Análisis y toma de decisión de modelos existentesp. 149
- Consideraciones generales del proceso de transferencia de calorp. 149
- Selección del modelo de transferencia de calorp. 153
- Ajuste de datos para toma de decisión del modelop. 177
- Estimación del error cuadrático mediop. 178
- Decisión de especies de plantas, esparcimiento y prototipop. 179
- Refuerzo estructural de la estructura interna de la habitaciónp. 187
- Modelo de optimización (no lineal) financiero para el proceso constructivop. 191
- Implementación de modelo en el lenguaje de programación Rp. 205
- Construcción de cubierta verde extensivap. 221
- y monitoreo de variables)p. 228
- ACTIVIDADES PARA DESARROLLARp. 233
- RESULTADOS Y DISCUSIÓNp. 236
- CONCLUSIONESp. 266
- RECURSOS – PRESUPUESTOSp. 270
- REFERENCIASp. 273
- ANEXOSp. 285
- Ilustración 1. Vista aérea superior de la estructura a intervenirp. 20
- Ilustración 2 - Plano en planta de cubierta existente y futura cubierta verde de 32.75 m2p. 20
- Pennsylvaniap. 59
- Ilustración 4 - Resultados temperaturas del suelo simuladas vs registradasp. 63
- Ilustración 5 - Intercambio de calor por radiación en un tejado verdep. 64
- Ilustración 6 – Discretización de una cubierta verdep. 67
- Ilustración 7 - Puntos de calor y humedad en la cubierta vegetalp. 68
- de calorp. 73
- Ilustración 9 - Capas del modelo ilustradas en el FASSTp. 91
- Ilustración 10 – Clasificaciones según el tipo de cubierta verdep. 117
- verdesp. 118
- Ilustración 12 – Listado plantas tipo “Sedum Tapizante”p. 119
- Ilustración 13 – Listado de plantas que prosperaronp. 120
- Ilustración 14 – Tipo de sistema adecuado con la pendientep. 121
- Ilustración 15 – Medidas de seguridad en función de la pendientep. 122
- Ilustración 16 - Distribución normal de probabilidadp. 141
- Ilustración 17 - Esquema del desarrollo cronológico de la investigación en cuestiónp. 143
- Ilustración 18 - Temperaturas externas (teja arcilla) mes febrero 2020p. 145
- Ilustración 19 - Temperaturas internas habitación mes febrero 2020p. 146
- Ilustración 20 – Instalación termómetro en el techo de la habitaciónp. 147
- marzo y abril 2020p. 149
- Ilustración 22 - Blance de energía del suelop. 155
- Ilustración 23 - Balance de energía del suelop. 159
- Ilustración 24 - Modelo de cubierta verdep. 162
- sin capa vegetal (Sf = 0)p. 168
- completamente vegetada (Sf = 1)p. 170
- Ilustración 27 - Macetas iniciales de especie Sedum Soleirolia Soleiroliip. 179
- Ilustración 28 - Propagación de las 3 macetas inicialesp. 180
- Ilustración 29 - Traslado de bandejas y macetas desde el patio al techop. 181
- Ilustración 30 – Tamizaje de la tierrap. 182
- Ilustración 32 - Resultado creación cultivo para generar tapete de Sedum en 4-5 mesesp. 183
- Ilustración 33 - "Molde" de manera y plástico como impermeabilizaciónp. 184
- Ilustración 34 - Base forrada con cartón plastificado y cartón de huevos como drenantep. 185
- Ilustración 35 - Instalación tubo para desagüe y malla de angeo como filtrantep. 185
- Ilustración 36 – Sellado tubo desagüe y finalización de prototipop. 186
- Ilustración 37 - Chequeo estructural del elemento de maderap. 188
- Ilustración 38 - Adecuación de perfiles in situ previos al montajep. 189
- Ilustración 39 - Corte de muros para fundida de perfilesp. 189
- Ilustración 40 - Instalación y fundida de perfilesp. 190
- Ilustración 41 – Culminación labores de refuerzop. 191
- Ilustración 42 – Componentes sistema de naturación a instalarp. 193
- Newton-Raphsonp. 202
- Ilustración 44 - Diagrama de flujo de la simulación de la temperatura interiorp. 220
- Ilustración 45 – Aplicación de manto asfáltico con soplete de calorp. 222
- Ilustración 46 - Montaje del marco de protección contra el deslizamiento del sustratop. 223
- Ilustración 47 - Instalación de marcos para anclajes y plataforma de la cubierta verdep. 224
- Ilustración 48 - Instalación de plástico negro, lámina drenante y geotextil filtrantep. 225
- Ilustración 49 - Adición del sustrato en toda la cubiertap. 226
- Ilustración 50 - Instalación de plantas y terminación cubierta verdep. 227
- del montaje finalp. 227
- Ilustración 52 – Adquisición de los componentes del sistema de mediciónp. 231
- Ilustración 53 - Instalación de equipos de medición en el techop. 231
- Ilustración 54 - Temperaturas simuladas vs temperaturas ambientes registradasp. 243
- Ilustración 55 - Histograma de frecuencias con el modelo realizado por Dmitrii Konkovp. 244
- Ilustración 56 - Parámetros histograma con el modelo de Konkovp. 245
- Ilustración 58 - Histograma datos con el modelo de Tabares & Srebricp. 247
- Ilustración 60 - Cuadrado de 5x5cm con 115 brotesp. 250
- Ilustración 61 - Estimación de la proporción de área verde para 115 brotesp. 250
- Ilustración 62 - Resultados simulación temperatura de la habitaciónp. 252
- del Follaje (Sf) en noviembre del 2020p. 255
- Cobertura Fraccional del Follaje (Sf) en noviembre del 2020p. 255
- del Follaje (Sf) en mayo del 2021p. 257
- Cobertura Fraccional del Follaje (Sf) en mayo del 2021p. 257
- Forrajerop. 258
- soleirola soleiroliip. 258
- de viviendap. 259
- Ilustración 70 - Temperaturas registradas antes y después de instalar la cubierta verdep. 264
- Ilustración 71 – Demarcación para demolición de la paredp. 313
- Ilustración 72 – Proceso de demolición para conexión entre perfil y vigap. 313
- Ilustración 73 – Instalación y fundida de viga adicionalp. 314
- Ilustración 74 – Pintura y soldadura de perfilesp. 314
- Ilustración 75 – Instalación y conexión de perfil de refuerzop. 315
- Ilustración 76 – Soldado y fundido de perfilesp. 315
- Tabla 1 - Costos de aplicación de la cubierta verde con productos Sikap. 195
- Tabla 2 - Costos de aplicación de la cubierta verde con manto asfáltico 3.2mmp. 197
- Sikap. 195
- Tabla 4 - Flujos de fondo con la implementación de la opción económicap. 199
- Tabla 5 - Cálculo de beneficios totales de la cubierta verde extensivap. 201
- Tabla 6 - Determinación de la TIR con la ecuación 7 por el método de tanteosp. 201
- Tabla 7 - Determinación de la TIR con la ecuación 8 por el método de tanteosp. 202
- Tabla 8 - Estimación de la TIR por Newton-Rapshon para la opción de componentes Sikap. 203
- Tabla 9 - Estimación de la TIR por Newton-Rapshon para la opción con manto asfálticop. 204
- Tabla 10 - Listado de elementos para el sistema de monitoreo de las variablesp. 229
- Tabla 11 - Cotización sensores de medición de contenido volumétrico de aguap. 229
- Tabla 12 - Costo sensor bluetooth para registro de datosp. 230
- Tabla 13 - Actividades de apoyo para el cumplimiento de los objetivosp. 235
- de estap. 240
- presencia de cubierta verdep. 263