Ingeniero Civil / Los gases de efecto invernadero (GEI), asociados al cambio climático han producido aceleradamente efectos nocivos e irreparables al medio ambiente durante las últimas décadas, mientras que los intentos por mitigar estos efectos no ocurren con la misma rapidez. Esta memoria de título pretende poner en valor el cambio climático en el sector de la Construcción a través de la evaluación de las emisiones GEI en una vivienda social tipo. En el presente tema, se evalúa la Reglamentación Térmica aplicándola a una vivienda social tipo de 47,7 m2 de superficie, teniendo en cuenta la zonificación térmica actual, analizando la categoría de impacto ambiental ―uso de recursos energéticos‖, mediante el uso de fórmulas adecuadas como también por medio de la utilización del Software DesignBuilder, y la categoría ―calentamiento global‖ por medio de cálculos del factor de emisión asociado a un sistema eléctrico, que relaciona la demanda energética de la vivienda con sus emisiones GEI. Se espera que con la realización de este tema, los resultados obtenidos en la categoría de impacto ambiental calentamiento global sean analizados, para que a futuro sean incluidos en la Reglamentación, debido a que ésta se considera prescriptiva al incorporar sólo limitaciones a la envolvente de las viviendas (además de algunas otras exigencias), sin explicitar consecuencias en algunos ámbitos, como por ejemplo el energético y medio ambiental. Como principales resultados obtenidos se pueden mencionar que la demanda energética y emisiones GEI para viviendas sociales en Chile es de 166,6 kWh/m2-año y 79,5 kg CO2/m2-año, respectivamente y que el factor de emisión para el Sistema Eléctrico de Magallanes en el año 2013 fue de 0,6321 kg CO2/kWh. Como alcance de este tema, se proponen y analizan opciones de mejoras futuras a la Reglamentación en base a los resultados obtenidos, como la modificación de las transmitancias térmicas asociadas a las distintas zonas térmicas.

Ingeniero Civil / Debido al aumento de la población de la Región Metropolitana, las áreas verdes y zonas agrícolas cercanas a la capital prácticamente han desaparecido, dando paso a zonas habitacionales. Esto genera graves problemas como contaminación ambiental, efecto de isla de calor, deforestación, etc. los cuales se podrían solucionar, en parte, con la incorporación de techos o cubiertas vegetales, los que además, tienen buenas propiedades térmicas, purifican el aire, mejoran el paisaje, promueven el contacto con la naturaleza, fomenta el cultivo de plantas, etc. El objetivo de este trabajo es cuantificar el ahorro energético y económico que existe a nivel de país producto de la implementación de cubiertas vegetales en el parque de viviendas de la Región Metropolitana actual y futuro, además de aportar conocimiento en esta nueva área que se ha ido desarrollando en otros países. Para lograr esto, se realizaron proyecciones del número de viviendas con datos del Instituto Nacional de Estadísticas y se utilizaron 8 tipologías de viviendas distintas definidas por la Corporación de Desarrollo Tecnológico, las cuales en función del año en las que fueron construidas, fueron caracterizadas con una cierta envolvente térmica. Utilizando el software DesignBuilder, se modelaron las distintas viviendas y se pudo incluir el efecto de la capa de vegetación, lo cual se traduce en un ahorro energético tanto para calefacción como para refrigeración en el 100% de las viviendas analizadas. Por medio de distintos escenarios de implementación de las cubiertas vegetales, se pudo concluir que si las nuevas construcciones ya vienen con esta tecnología y que las construcciones ya existentes la implementan en un periodo menor a 20 años, la inversión se recupera antes del horizonte de evaluación, el año 2050. Algunos países como Alemania, Canadá o Francia promueven continuamente el desarrollo de esta tecnología. En el caso de este último, recientemente aprobó una ley que obliga a los edificios comerciales a estar cubiertos en su terraza parcial o totalmente por vegetación o paneles solares. Esto hace creer que Chile también puede hacer algo al respecto, ya sea pensando en los habitantes actuales o en las generaciones futuras.

En este tiempo de crisis energética y de creciente concienciación ambiental, las viviendas bioclimáticas constituyen la principal aportación a un desarrollo sostenible, las energías renovables están cumpliendo un papel importante en el desarrollo de comunidades aisladas, ya que se muestran como alternativas de solución energética. La vivienda, actualmente no resulta ser el lugar de encuentro de la familia donde se comparte lo ocurrido durante el día, se crea un contacto con y entre los hijos y los padres, ya que las temperaturas muy frígidas, la elevada humedad, la falta o escasa iluminación y a veces la abundancia de humo hacen difícil un desarrollo armonioso de la familia al interior de la vivienda. Por lo tanto una vivienda que aprovecha las condiciones climáticas de su entorno, puede definirse como aquella diseñada sabiamente para lograr un máximo confort con el mínimo gasto energético. El presente trabajo plantea una iniciativa de desarrollo para la población del distrito de Cuispes-Bondara-Amazonas, donde se establece la posibilidad de analizar y desarrollar una vivienda que no solo sea confortable sino también amigable con el ambiente. Así mismo se busca determinar la carga térmica para mejorar las condiciones de vida de la población y evaluar el potencial solar térmico de la zona. Todo esto se llevará a cabo analizando el diseño de ingeniería y las alternativas tecnológicas para el acondicionamiento de la vivienda, teniendo en cuenta elementos de bioclimatización y sostenibilidad, que posteriormente se adaptan a la realidad nacional, de donde se concluye un potencial para el uso de la energía solar como fuente energética de la vivienda, así como la circulación de aire fresco dentro de la estructura propuesta. Para ello, se describen los diferentes tipos de sistemas energéticos bioclimáticos y los de control climático, además de los criterios de diseño para su correcta ejecución, dando mayor importancia a la incorporación de energías renovables, teniendo en cuenta la normativa aplicable en la actualidad.

La investigación consiste en la evaluación del confort térmico en las aulas de una escuela modelo tipo Sierra, ubicada en la ciudad de Cusco, así como una propuesta de mejora térmica basada en un diseño bioclimático. En la introducción, se presentan los antecedentes de la arquitectura vernácula. Se explica la problemática energética producto de la masificación de sistemas constructivos y la aparición de sistemas de aire acondicionado cuyo fin se justifica en satisfacer requerimientos de confort interno. La revisión de literatura presenta los estudios relacionados al confort interno de edificaciones así como estrategias bioclimáticas que permitan alcanzar la zona de confort según las variables climáticas de los emplazamientos. Para la evaluación del confort en el caso práctico se utiliza el programa computacional “Design Builder” que brinda resultados del confort para ser analizados. Finalmente, en la evaluación de resultados se discute el análisis del confort del caso práctico y cómo la propuesta de diseño bioclimático contribuye a alcanzar los niveles de confort deseados en la escuela.

Esta tesis presenta de forma detallada el proceso constructivo del casco estructural de viviendas caracterizadas por poseer en sus elementos perimetrales un aislante térmico que permite mejorar las condiciones de temperatura interior, buscando alcanzar el confort térmico para sus ocupantes. Debido a que no se registra en nuestro país la construcción de vivienda masiva con sistemas de aislamiento térmico, se describe este proceso constructivo y se presenta como una alternativa a evaluar en futuros proyectos que se ubiquen en zonas donde el clima es frío. En el primer capítulo se realiza la introducción de la tesis, en el cual se presenta al proyecto y a sus antecedentes. Luego, en el segundo capítulo se desarrolla el marco teórico concerniente a viviendas en climas fríos, se analiza el estado actual de las viviendas en el Perú en zonas con esas características climáticas y su respectiva reglamentación; y finalmente, se presenta como referencia normativa y constructiva el caso de Chile. En el tercer capítulo, se desarrolla la descripción general del Proyecto, además de la memoria descriptiva y especificaciones técnicas de las viviendas. Posteriormente, en el cuarto capítulo se muestra el planeamiento y la rutina de programación empleado por la empresa contratista, basado en el sistema Last Planner. Luego, en el quinto capítulo se presenta la secuencia constructiva empleada y se desarrolla los procedimientos constructivos de las partidas más importantes en la construcción del casco estructural. Debido al clima frío de la zona del Proyecto, severo en época de heladas, se describe las atenciones especiales que recibe el concreto. Además, se muestra también los procedimientos empleados para la reparación, según se requiera, de los defectos más resaltantes de los elementos de concreto armado. En el sexto capítulo se analizan los índices de productividad empleados para el control de la productividad de la obra y se plantean propuestas para su mejora; y finalmente, se presentan las conclusiones producto del desarrollo de la tesis. En los anexos del presente documento se muestran mediante imágenes un proceso constructivo de aislamiento alternativo, un dossier de fotos del proceso constructivo empleado y se presenta también los planos de estructuras y arquitectura de uno de los siete tipos de viviendas del Proyecto.

La presente investigación propone incorporar la fibra natural de Ichu como aislante térmico en el sistema de construcción en seco (drywall). Su uso mitigaría la pérdida de calor de envolventes en viviendas de zonas climáticas frías del Perú. Esta investigación recopila datos sobre la conductividad térmica de un emparedado de fibrocemento con conglomerado de Ichu y además los compara con los obtenidos paralelamente de muestras con otro aislante térmico para la obtención de resultados relativos. El objetivo es recomendar un sistema estandarizado que incorpore recursos naturales. Es una investigación aplicada, experimental, cuantitativa y comparativa que analiza las cualidades del Ichu y su relación con otros materiales utilizados. Se ejecutó el procedimiento planificado de ensayos en laboratorio con un equipo de placa caliente que permitió determinar la cualidad de aislante térmico del material compuesto por fibrocemento y conglomerado de fibra de ichu; fueron un total de 45 mediciones que arrojaron el valor promedio de conductividad térmica ƛ = 0.1078 W/m. K con una precisión de +/- 5%, paralelamente se realizaron el mismo número de mediciones para los especímenes con lana de vidrio como aislante obteniéndose el valor promedio de conductividad térmica ƛ = 0.0848 W/m K. También se calculó también el coeficiente de conductividad térmica de los rellenos obteniendo ƛ = 0.0943 W/m. K para el conglomerado de Ichu y 0.0729 W/m. K para la lana de vidrio. Estos resultados descriptivos de la adaptación de las teorías de la transferencia de calor a la situación particular de los emparedados propuestos en el estudio, permiten sugerir una equivalencia funcional entre ellos al igualar sus resistencias térmicas mediante la variación del espesor del relleno, basados en la correlación teórica producto de la aplicación de la ecuación de conductividad térmica de la de ley Fourier, estas equivalencias se plantean cuantitativamente para un rango de anchos comerciales y usuales en el sector de la construcción. Además, se evaluaron en este trabajo aspectos de impacto ambiental, eficiencia energética y costos económicos que favorecieron a la propuesta con Ichu.

Todos los años, entre los meses de mayo y septiembre, se produce la temporada de bajas temperaturas en el Perú. En zonas alto andinas, debido a su ubicación geográfica, se produce un fenómeno atmosférico llamado “helada”, el cual se presenta cuando la temperatura del aire, existente en las cercanías del suelo, desciende por debajo de los cero grados centígrados. Debido a ello, los pobladores andinos se ven drásticamente afectados en diversos aspectos tales como salud, educación, actividad agrícola y ganadera e infraestructura. Con el fin de buscar nuevas propuestas sostenibles para estas poblaciones, la presente investigación consiste en la construcción de un prototipo de vivienda bioclimática y el desarrollo de un análisis cuantitativo de la eficiencia térmica, lumínica y de ventilación de la misma. El prototipo se realizó en la ciudad de Lima metropolitana y está basado en un sistema constructivo de quincha, un antiguo método peruano con alta demanda en las zonas rurales y buenas propiedades térmicas, y un techo calefactor generado a través del reciclaje de botellas de plástico PET. Cabe resaltar que, para analizar el comportamiento del mismo, se registraron las temperaturas, intensidades lumínicas y velocidades de ventilación en el interior y exterior de la vivienda a lo largo del día durante 115 días. Según la evaluación realizada, se apreció un incremento de 6°C en promedio de la temperatura interna con respecto a la del ambiente y, para validar que tan significativa es esta variación, se ingresó la data recopilada al programa estadístico SPSS, en el cual se realizó una comparación de medias con el estadístico de prueba T-Student para un intervalo de confianza de 95% y se determinó que efectivamente la variación obtenida si es significativa. Se concluye que este incremento de temperatura en el interior de la vivienda contribuye a alcanzar el confort térmico en las viviendas rurales y, como consecuencia, podría mejorar la calidad de vida de los pobladores andinos.

El calentamiento global es un tema que genera mucha preocupación en la población mundial. Siendo el cambio climático una de las consecuencias que se perciben en las diversas partes del mundo. La manifestación de este cambio ha ocasionado que se propongan diversas técnicas o métodos que permitan mitigar o controlar relativamente las temperaturas extremas, entre estos métodos ingenieriles se propone al plástico como componente del concreto para aislar las temperaturas externas. Ese estudio desarrolla una investigación experimental de la influencia del tereftalato de polietileno (PET), al ser incluido en la mezcla de concreto, en el logro del confort térmico que se pudiese llegar a obtener, al combinarlo con una innovadora adaptación del sistema trombe en la construcción de una vivienda. Para ello, se asumirán especificaciones de investigaciones realizadas, con respecto a la elaboración e inclusión del PET, que permiten concluir indirectamente la mejora del aislamiento térmico sin dejar de cumplir las restricciones estructurales. Asimismo, se explicó a detalle, la forma en la que se adoptó e innovo el sistema de muros trombe al construir el techo de un prototipo de la vivienda. Los resultados muestran que la técnica empleada en el presente estudio permitió mejorar considerablemente la eficiencia térmica en el prototipo de la vivienda. / Global warming is a topic of great concern to the world population. Being climate change one of the consequences perceived in various parts of the world. The manifestation of this change has caused various techniques or methods to be proposed to mitigate or relatively control extreme temperatures. Among these engineering methods, plastic is proposed as a component of concrete to isolate external temperatures. This study develops an experimental investigation of the influence of polyethylene terephthalate (PET), when it is included in the concrete mix, in achieving the thermal comfort that could be obtained, when combined with an innovative adaptation of the trombe system in the construction of a house. For this, specifications of investigations carried out, with respect to the preparation and inclusion of PET, will be assumed, which allow indirectly to conclude the improvement of thermal insulation while still complying with structural restrictions. Likewise, the way in which the trombe system was adopted and innovated when building the roof of a prototype of the house was explained in detail. The results show that the technique used in the present study considerably improved the thermal efficiency of the prototype of the house. / Tesis

Tanto en el Perú como en otras partes del mundo, el adobe es uno de los materiales de construcción más utilizados en la construcción de viviendas en las zonas rurales debido a su bajo costo y accesibilidad. Sin embargo, las viviendas en dichos entornos son, lamentablemente, llevadas a cabo con procedimientos constructivos empíricos y erróneos; provocando, entre muchos factores, que su comportamiento térmico no sea idóneo a las bajas temperaturas que presentan dichas zonas rurales en temporadas de friaje excesivo. Sin embargo, existe un mineral denominado diatomita que abunda en numerosos yacimientos en la cercanía de la cordillera de los Andes y que posee grandes propiedades térmicas, lo que lo convierte en un gran aislante térmico capaz de suplir la falencia de los bloques de adobe convencionales originarios de la zona. Por ello, esta investigación busca evaluar el comportamiento térmico de bloques de adobe adicionados con diatomita en comparación a los convencionales con el fin de mejorar el aislamiento térmico de las viviendas rurales que usan dichos bloques como principal material de construcción mediante la reducción del coeficiente de conductividad térmica. Dicho esto, en primer lugar, se determinó tanto el lugar de estudio como las principales propiedades de los materiales extraídos de dicha zona. Posteriormente, se estimó teóricamente el porcentaje de reducción de la conductividad térmica para diferentes porcentajes de diatomita con el análisis de otras investigaciones. Luego, con los porcentajes de reducción obtenidos se procedido a calcular los coeficientes de conductividad térmica y otros parámetros para las diferentes muestras de adobe con diferentes porcentajes de diatomita (0%, 10% y 20%). Por último, los datos calculados se ingresaron al software ECOTECT junto a una data climatológica de la zona de estudio para realizar el análisis térmico y compararlos con los resultados obtenidos de los bloques de adobe originarios de la zona de estudio, lo cual nos permite verificar si la diatomita mejoró el comportamiento térmico del adobe. De este modo, se obtuvo que en la condición más adversa (día más frio del año) la muestra con 20% de diatomita tuvo una mejora de temperatura del 23.18% en comparación con el adobe empírico. / In both Peru and other parts of the world, adobe bricks are one of the most used construction materials applied in rural areas due to its low cost and great accessibility. Houses in these environments are, unfortunately, carried out with empirical and erroneous construction procedures; causing, among many factors, that its thermal behaviour is not ideal at the low temperatures that these rural areas present in seasons of excessive cold. However, there is a mineral known as diatomite, whose abundance in numerous deposits in the vicinity of the Andes mountain range is quite notorious, this mineral has great thermal properties, making it a great thermal insulator capable of filling the gap of common adobe blocks originating in the area. Therefore, this research seeks to evaluate the thermal behaviour of an adobe brick added with powdered diatomite compared to a traditional adobe brick, in order to improve the thermal insulation of homes by reducing the coefficient of thermal conductivity and improving its internal temperatures. Therefore, firstly, both the ideal study location and the main properties of the materials extracted from said area were determined. Subsequently, the percentage reduction in thermal conductivity for different percentages of diatomite was theoretically estimated with the analysis of other investigations. Then, with the reduction percentages obtained, the thermal conductivity coefficients and other parameters were calculated for the different adobe samples with different percentages of diatomite (0%, 10% and 20% diatomite). Finally, the calculated data was entered into the ECOTECT software together with a climatological data from the study area to carry out the thermal analysis and compare them with the results obtained from the empirical adobe bricks and verify if the diatomite improved the thermal behaviour of the adobe. In this way, it was obtained that in the most adverse condition (coldest day of the year) the sample with 20% diatomite had a temperature improvement of 23.18% compared to empirical adobe. / Tesis

[ES] Las nuevas regulaciones en materia de emisiones de efecto invernadero y calidad del aire han conducido la evolución tecnológica de los motores de combustión interna durante los últimos años. Las mejoras en el proceso de la combustión, la sobrealimentación, la gestión térmica, los sistemas de post tratamiento y técnicas como la recirculación de gases de escape, han permitido que los motores de combustión interna de hoy en día sean cada vez más limpios. La adopción en Europa del nuevo ciclo de homologación WLTP, que considera un ciclo de conducción más realista que su predecesor el NEDC, así como la necesidad de evaluar las emisiones contaminantes en diferentes escenarios de temperatura ambiente y de altitud, suponen un desafío para los fabricantes a la hora de diseñar y optimizar sus motores. En este contexto, el modelado unidimensional del motor ofrece la posibilidad de desarrollar y probar diferentes soluciones con la suficiente precisión,a la vez que permite agilizar el proceso de diseño del motor y reducir los costes de éste. El objetivo de esta tesis es el de desarrollar un modelo completo de motor virtual que permita simular condiciones transitorias de régimen de giro y grado de carga, así como diferentes condiciones ambientales de presión y temperatura. Con este modelo de motor se pretende predecir las principales variables termo-fluidodinámicas en diferentes puntos del motor y las emisiones contaminantes liberadas en el escape. Por otra parte, el arranque en frío y el funcionamiento a bajas temperaturas están asociados a un mayor consumo, mayores emisiones de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO), así como mayores emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) debido a la desactivación de los sistemas de recirculación de gases de escape. Para paliar estos efectos adversos, una opción es lograr que el sistema de postratamiento alcance su temperatura de activación lo más pronto posible. En este trabajo se aborda este objetivo mediante dos soluciones. Por un lado, se ha explorado la posibilidad de elevar la temperatura de los gases en el escape mediante un sistema de distribución variable. Con este método se pueden reducir las emisiones de CO y HC en torno a un 40-50 % y las emisiones de NOx hasta un 15 % durante la primera fase del ciclo WLTC, a costa de una penalización en el consumo de combustible. Por otro lado, también se ha estudiado la posibilidad de aislar térmicamente el sistema de escape. En este caso, es posible reducir las emisiones de CO y HC en torno a un 30 % sin mejorar las de NOx. / [CA] Les noves regulacions en matèria d'emissions d'efecte d'hivernacle i qualitat de l'aire han conduït la evolució tecnològica dels motors de combustió interna durant els darrers anys. Les millores en el procés de la combustió, la sobrealimentació, la gestió tèrmica, els sistemes de postractament i tècniques com la recirculació de gasos d'escapament, han permès que els motors de combustió interna d'avui dia siguen cada vegada més nets. L'adopció a Europa del nou cicle d'homologació WLTP, que considera un cicle de conducció més realista que el seu predecessor el NEDC, així com la necessitat d'avaluar les emissions de gasos contaminants en diferents escenaris de temperatura ambient i humitat, suposen un repte per als fabricants a l'hora de dissenyar i optimitzar els seus motors. En aquest context, el modelatge unidimensional del motor ofereix la possibilitat de desenvolupar i provar diferents solucions amb la suficient precisió, al mateix temps que agilitza el procés de disseny del motor i reduïx els costos derivats d'aquest. L'objectiu d'aquesta tesi és el de desenvolupar un model complete de motor virtual que permeta simular condicions transitòries de règim de gir i grau de càrrega, així com diferents condicions ambientals de pressió i temperatura. Amb aquest model de motor es pretén predir les principals variables termo-fluidodinàmiques en diferents punts del motor i les emissions contaminants alliberades en l'escapament. Per altra banda, l'arrancada en fred i el funcionament a baixes temperatures están associats a un major consum, majors emissions d'hidrocarburs (HC) i monòxid de carboni (CO), així com majors emissions d'òxids de nitrògen (NOx) degudes a la desactivació dels sistemes de recirculació de gasos d'escapament. Per a pal·liar aquestos efectes indesitjats, una opció és aconseguir que el sistema de postractament arribe a la seua temperatura d'activació el més prompte possible. En aquest treball, aquest objectiu s'aborda mitjançant dues solucions. Per una banda, s'ha investigat la possibilitat d'augmentar la temperatura dels gasos en l'escapament per mitjà d'un sistema de distribució variable. Amb aquest mètode s'ha aconseguit reduïr les emissions de CO i HC al voltant d'un 40-50 % i les emissions de NOx fins a un 15 % durant la primera fase del cicle WLTC, acosta d'una penalització en el consum de combustible. Per altra banda, també s'ha estudiat la possibilitat d'aïllar tèrmicament el sistema d'escapament. En aquest cas, és possible reduir les emissions de CO i HC vora un 30 % sense millorar les de NOx . / [EN] The new regulations regarding greenhouse emissions and air quality have led the technological progress of the internal combustion engines during the recent years. Improvements in the combustion process, turbocharging, thermal management, after-treatment systems and techniques such as the exhaust gases recirculation, have resulted in cleaner internal combustion engines. The adoption of the new type approval test in Europe, so-called WLTP, which represents a more realistic driving cycle than its forerunner the NEDC, as well as the need to evaluate pollutant emissions at different conditions of ambient temperature and altitude, represent a challenge for manufacturers when it comes to design and optimise their engines. In this context, one-dimensional engine models offer the possibility to develop and test different solutions with enough accuracy, while hastening the engine design process and reducing its costs. The main objective of this thesis is to develop a complete virtual engine model able to simulate transient conditions of engine speed and load, as well as different ambient conditions of pressure and temperature. The engine model is used to predict the main thermo-and fluid dynamic variables at different engine locations and the tailpipe pollutant emissions. Furthermore, engine cold start and its operation at low temperature is associated to a greater fuel consumption, hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions; as well as more nitrogen oxide (NOx) emissions due to the deactivation of the exhaust gases recirculation systems. A solution to mitigate these negative effects is to heat up the after-treatment system so as to achieve its activation temperature as soon as possible. In the work presented, this goal is addressed through two different standpoints. On the one hand, variable valve timing systems have been studied as a way to increase the exhaust gases temperature. With this option it is possible to reduce CO and HC emissions by 40-50 % and NOx emissions by 15 % during the first stage of the WLTC cycle, at the expense of a penalty in the fuel consumption. On the other hand, the thermal insulation of the exhaust system has also been studied with the same objective. In this case, it is possible to reduce CO and HC emissions by 30 %, while not improving NOx ones. / The author wishes to acknowledge the financial support received through the FPI S2 2018 1048 grant of Programa de Apoyo para la Investigación y Desarrollo (PAID) of Universitat Politècnica de València. / Auñón García, Á. (2021). Development and validation of a virtual engine model for simulating standard testing cycles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168906 / TESIS