DISEÑO BIOCLIMATICO

Maestría en Arquitectura Diseño Bioclimático
Universidad de Colima 33
UNIVERSIDAD DE COLIMA
FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO
AGUA ENCAPSULADA COMO AMORTIGUADOR TÉRMICO
SOBRE LOSAS DE CONCRETO.
TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
MAESTRÍA EN ARQUITECTURA
Con especialidad en DISEÑO BIOCLIMÁTICO
PRESENTA:
GILBERTO GAMEROS GONZÁLEZ
Director de Tesis:
Dr. Gabriel Gómez Azpeitia.
Coasesores:
Dr. Armando Alcántara Lomelí.
Dr. Leandro Sandoval Álvarez.
Coquimatlán, Colima. Agosto de 2007

Universidad de Colima34
INDICE
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................1
1. PLANTEAMIENTO GENERAL. ........................................................................3
1.1 Planteamiento del problema ......................................................................3
1.2 Objeto de estudio........................................................................................6
1.3 Formulación del problema...........................................................................7
1.4 Antecedentes de investigación ...................................................................8
1.5 Preguntas de investigación .......................................................................14
1.6 Hipótesis ...................................................................................................14
2. LA EDIFICACIÓN ...........................................................................................15
2.1 Comportamiento térmico de la edificación ................................................15
2.2 Fuentes de calor .......................................................................................17
2.3 Transmisión de calor a través de la superficie ..........................................17
2.4 Cubiertas ..................................................................................................20
3. LOS MATERIALES..........................................................................................25
3.1 Características termofísicas de los materiales ..........................................25
3.2 Flujos caloríficos........................................................................................28
3.3 Capacidad calorífica..................................................................................29
3.4 Inercia y amortiguamiento térmico.............................................................31
4. DESARROLLO EXPERIMENTAL ...................................................................33
4.1 Introducción...............................................................................................33
4.2 Metodología experimental .........................................................................33
4.3 Experimento preliminar (1ª fase) ...............................................................35

4.4 Diseño del dispositivo................................................................................40
4.5 Experimento de evaluación (2ª fase).........................................................44
4.5.1 Calibración de instrumentos de medición ....................................44
4.5.2 Calibración de unidades de análisis (módulos)............................45
4.5.3 Colocación del dispositivo............................................................48
4.5.4 Monitoreo .....................................................................................51
4.5.5 Metodología de evaluación ..........................................................54
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ..............................................................................59
5.1 Temperatura de bulbo seco ...........................................................................60
5.4 Amortiguamientos ..........................................................................................65
CONCLUSIONES .....................................................................................................69
ANEXOS ...................................................................................................................75
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................85

AGRADECIMIENTOS.
Por haberme dado la mejor de las herencias y por ser el motor de mí existir…..esto es para ti,
Gracias a ti Papá.
A mi Mamá y a mis hermanos Elis y Ricardo, que sólo deseo que entiendan que cada uno de mis
logros, es logro de ustedes. Y al apoyo incondicional de toda mi familia.
A mis maestros con respeto y admiración, por haber forjado en mí sus enseñanzas.
Al Dr. Azpeitia por encaminar éste proyecto de investigación
y al Dr. Leandro por todo su interés mostrado en éste trabajo.
Un agradecimiento especial a “mis familias” de Coquimatlán, por abrirme las puertas de sus casas
y hacerme un integrante más de su familia.
A toda la banda maestreante, Salud por los buenos momentos!!!
A CONACYT por ser el puntal de éste objetivo.
Y como te me ibas a olvidar Pirrus…mj!!
A TODOS GRACIAS.

RESUMEN
En el presente trabajo se diseñó, evaluó y analizó un dispositivo pasivo de
climatización. El sistema pasivo de climatización consiste en botellas de PET de
capacidad de 2 lts., conteniendo agua en su interior y con la mitad en el sentido
vertical pintada de blanco. Las botellas fueron colocadas de manera horizontal sobre
losas de concreto con tres variables en cuanto a la cantidad de agua contenida 33%,
66% y 100%, quedando la mitad de la botella sin pintar hacia la losa y
consecuentemente la mitad de blanco expuesta hacia el exterior. Se utilizaron 4
módulos experimentales de 2.25 m3, de los cuales uno se desempeñó como testigo y
tres como experimentales, todos con las mismas características y dimensiones.
El sistema tiene como objetivo amortiguar la oscilación de temperatura de bulbo seco
en el interior de un espacio. Para evaluar su desempeño se registraron datos de
temperatura de bulbo seco, tanto del interior de los módulos como del exterior,
durante una semana por cada una de las dos etapas del experimento, una con las
botellas en contacto con la losa y otra evitando dicho contacto por medio de unas
tiras de poliestireno de 0.05m x 0.05m x 1.50m.
Los resultados muestran que entre más cantidad de agua en el dispositivo la
eficiencia es mayor. Así también, el mejor desempeño fue cuando el dispositivo
estuvo sobrepuesto.

ABSTRACT
In this research a passive system was designed and evaluated. It consists of PET’s
bottles of 2 lts. of capacity containing water in its interior. They were placed on a
concrete roof and the half bottle exposed towards the exterior were painted white.
The bottles were filled with three diferent quantity of water 33%, 66% and 100%. We
used 4 experimental modules all with the same characteristics and dimensions, one
of them like reference.
The purpose of the passive sistem is to decrease the indoor temperature. To
evaluate their performance were registered the indoor and the outdoor temperature
for a week by each one of the two stages of the experiment, one with the bottles in
contact with the slab and another one avoiding this contact by means of polystyrene
strips of 0.05m x 0.05m x 1.50m.
The results shows that as more water in the device the efficiency is greater, and the
best performance was whit the device over the roof.

INTRODUCCIÓN.
La temperatura del aire en un día típico promedio estacional, tiene una variación
horaria de temperaturas de forma sinusoidal, lo que permite identificar claramente las
temperaturas máximas y mínimas, y por consiguiente la amplitud que tuvo durante
todo el día. En el interior de un espacio ubicado bajo ciertas condiciones climáticas
exteriores y sin otro tipo de aporte térmico que no sea el de su misma estructura, la
oscilación de temperaturas sigue la misma forma sinusoidal que el exterior, solamente
que amortiguada, con valores extremos menores comparados con el exterior y con un
cierto desfase en horas (Puppo, E; Puppo, G; Puppo, G., 1999:16).
La relación entre las temperaturas máximas y mínimas exteriores y las temperaturas
máximas y mínimas interiores es la amortiguación térmica; en este caso la utilización
de un sistema pasivo de climatización que incorpore más masa térmica a la cubierta,
amortiguará aún más las temperaturas en el interior de un espacio que las que le
brinda su misma estructura, ofreciendo una menor amplitud de la oscilación.
En ésta investigación se diseñó y evaluó un dispositivo pasivo que se colocó sobre la
cubierta de concreto de unos módulos experimentales, con el propósito de amortiguar
las temperaturas en el interior de los espacios.
El dispositivo a evaluar está compuesto por botellas de PET de capacidad de 2 lts.,
las cuales contienen agua en su interior. La colocación de las botellas sobre la
cubierta es de manera horizontal, de tal forma que se cubra en lo mayor posible la

cubierta, la mitad de la botella que quedó expuesta hacia la radiación solar directa fue
pintada de blanco brillante para aprovechar la reflectividad y ayude a disminuir la
intensidad de la radiación solar incidente.
Este sistema pasivo de climatización que actúa como una sobrecubierta brinda una
mayor masa térmica a la estructura y una mayor distribución de los rayos solares
incidentes, lo que propicia que el flujo de calor que se de por convección, conducción
y radiación del dispositivo hacia la losa de concreto sea de menor intensidad, por lo
que minimiza el aporte calorífico de la cubierta hacia el interior del espacio.

1. PLANTEAMIENTO GENERAL.
1.1 Planteamiento del problema.
El control del entorno y la creación de condiciones adecuadas a sus necesidades y al
desarrollo de sus actividades son cuestiones que el hombre se ha planteado desde
sus orígenes a lo largo del tiempo, los hombres han buscado en la construcción de
sus refugios, satisfacer dos necesidades humanas básicas: la protección ante los
elementos y la provisión de un espacio dotado de una atmósfera favorable para el
recogimiento espiritual (Olgyay, 1963).
Como podemos observar, el abordar este tema de investigación no es nuevo, es
planteado desde mucho tiempo atrás; podríamos decir que el objetivo principal de
una vivienda es el de proveer de un espacio en el cual el individuo se encuentre
protegido ante las inclemencias del tiempo (lluvia, viento, sol), lo que al parecer es lo
mas fácil de solucionar mediante un sin fin de sistemas constructivos que existen, y
que son, dependiendo de las capacidades económicas y culturales, las mejores o
más adaptables para el sistema de vida que cada individuo o sociedad lleven a cabo.
No todos los sistemas constructivos tienen las mismas posibilidades aplicación para
todo el mundo, pues existen sistemas constructivos exclusivos para cada tipo de
clima. Cada uno de ellos responde -térmicamente hablando- a las condiciones
climáticas del lugar, de tal manera que hacen que el edificio brinde un clima interior
confortable.

Generalmente en la aplicación de los sistemas constructivos no se considera la
respuesta que puedan tener a las condiciones climáticas de la localidad, lo cual
repercute en la calidad de vida haciendo necesaria la adopción de sistemas que
minimicen el problema, por lo regular medios mecanizados como ventiladores o aires
acondicionados que requieren de una considerable inversión inicial, un constante
mantenimiento y un consumo de energía alto.
De acuerdo a los principios de la Arquitectura Bioclimática, existen dos maneras de
solucionar este problema. Primeramente que al momento de realizar el proyecto
arquitectónico se tome en cuenta los requerimientos de climatización que se deseen
y se identifique el tipo de clima en el cuál estará la construcción. La adopción de
algunas estrategias de diseño en el proyecto hará que el edificio brinde un confort
térmico en el interior. Otra manera de actuar -que por las dimensiones actuales es la
más frecuente- es la correctiva. Se trata de solucionar los problemas de desconfort
generados de una edificación que no tiene adaptación al microclima existente. La
utilización de sistemas pasivos como medidas correctivas en las edificaciones
otorgará un clima confortable en el interior de los espacios. Estos sistemas pasivos
se van a caracterizar por su mínima dependencia de energéticos convencionales,
sólo actuarán utilizando las características termofísicas que los materiales tienen
como cualidades.
Se han desarrollado una gran cantidad de sistemas pasivos en base a distintos
requerimientos de climatización. El estado de Colima tiene condiciones climáticas
que requieren de sistemas pasivos capaces de disminuir la ganancia térmica,
además las cubiertas son el elemento constructivo que más radiación reciben e
impactan de manera significativa en las temperaturas internas.
Algunos sistemas pasivos desarrollados y evaluados por varios investigadores (Hay,
1965; Castañeda, 1991; Sánchez, 1993; González, 2004) utilizan el agua como

elemento principal por las características termofísicas que brinda para el control de la
ganancia calorífica; todos ellos han obtenido muy buenos resultados disminuyendo
de manera considerable la oscilación de temperaturas en el interior de los espacios
donde aplicaron los experimentos.
Ahora bien, todo el desarrollo de los experimentos fueron obviamente planeados con
una metodología y una preparación de las unidades de análisis para que tengan la
capacidad de contener el agua sin ningún problema de humedad o de filtraciones, y
muchas veces auxiliados con sistemas mecánicos o manuales para lograr mejores
resultados, aspectos que en la realidad de la problemática en la ciudad no pudiera
ocurrir. La mayoría de las viviendas no están preparadas para contener agua en
contacto directo con las cubiertas, esto exige un minucioso proceso de cálculo para
analizar las consecuencias del peso que transmitiría todas estas cargas a la
estructura; la adaptación de pretiles y por supuesto una correcta impermeabilización
para evitar filtraciones y problemas de humedad. Todo esto generaría un gran gasto
económico a los dueños de las viviendas lo cual haría en primera instancia algo
inviable. Obviamente los problemas de climatización quedarían resueltos y evitarían
la adquisición de sistemas mecánicos por lo que el ahorro económico se vería
reflejado a largo plazo.
Parte del interés de esta investigación consistió en diseñar un sistema fundamentado
en los resultados de investigaciones anteriores en el que se utiliza el agua, sea de
fácil aplicación y de una respuesta térmica adecuada. Dicho sistema tendría que
evitar la preparación de la cubierta y una impermeabilización especial, además de
impedir la evaporación para que no altere las condiciones de humedad en el
ambiente. También que no requiera de una gran inversión tanto inicial como de
mantenimiento y que la aplicación la puedan llevar a cabo los mismos ocupantes del
edificio.

1.2 Objeto de estudio.
El objeto de estudio es el desempeño térmico de un Dispositivo Pasivo de
Climatización (Ilustración 1) regido por su capacidad calorífica como característica
termofísica particular, instalado sobre una cubierta de concreto. A continuación se
muestra conceptualmente el término desempeño térmico.
Ilustración 1.- Mapa Conceptual del Objeto de Estudio. (El desempeño Térmico de un
Dispositivo Pasivo de Climatización a base de agua encapsulada colocado sobre la cubierta)
CLIMA
EXTERIOR
RADIACIÓN Y
CONVECCIÓN
CARACTERÍSTICAS
TERMOFÍSICAS DE
LOS MATERIALES
DESEMPEÑO
TÉRMICO
MURO
PISO
EDIFICACIÓN
DISPOSITIVO DE
CLIMATIZACIÓN
CUBIERTA
VENTANAS
CALOR
ESPECÍFICO
Radiación solar
directa en todos
los elementos,
alta oscilación de
temperaturas en
el interior.
CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA
RESISTIVIDAD
TÉRMICA
REFLECTIVIDAD
TÉRMICA
ABSORTIVIDAD
TÉRMICA
ADMISIVIDAD
TÉRMICA
DIFUSIVIDAD
TÉRMICA
EMISIVIDAD
TÉRMICA
DESEMPEÑO
TÉRMICO
Disminución de
impacto de
radiación solar
sobre la cubierta,
reducción de la
oscilación de
temperaturas en el
interior.
DENSIDAD
CAPACIDAD
CALORIFICA

Los edificios están permanentemente expuestos a un intercambio de energía térmica
cuyas fuentes principales son la radiación solar y la temperatura exterior, que inciden
sobre los elementos que constituyen la edificación de manera diferenciada, lo cual
aunado a las propiedades termofísicas de los materiales, componen el desempeño
térmico de la envolvente. El elemento que mayor ganancia de calor aporta al
ambiente interior de las edificaciones, suele ser la cubierta, por lo que en muchas
situaciones conviene mejorar su comportamiento individual, mediante el empleo de
dispositivos de climatización pasiva1
. La utilización de estos dispositivos arrojará un
desempeño térmico caracterizado por una disminución de las oscilaciones térmicas
interiores. Éste desempeño térmico fue el objeto de estudio en ésta investigación.
1.3 Formulación del problema.
Muchos investigadores han participado en desarrollos de nuevos sistemas de
enfriamiento pasivos donde los objetivos son similares independientemente de la
zona climática en la cual estén trabajando, y establecen que la mayor cantidad de
energía calorífica que recibe un espacio es a través de la cubierta. Para reducir este
aporte de energía existen muchas alternativas, tomando aspectos de sistemas
constructivos y características termofísicas de los materiales a utilizar. La capacidad
acumulativa calorífica del material (caracterizada por el calor específico2
volumétrico
1
Sistema Pasivo: En sí, el término pasivo se empezó aplicar hace sólo unos cuantos años a aquellos sistemas de
climatización ambiental que, en contraste con los complejos y sofisticados equipos de aire acondicionado o
calefacción modernos, resultaban muy simples, tanto en concepto como en funcionamiento y mantenimiento; de
hecho tratan de ser lo menos dependiente posible de equipos auxiliares convencionales de apoyo (bombas,
ventiladores, condensadores), siendo, en la mayoría de los casos, totalmente independientes de éstos. En
consecuencia, los sistemas pasivos de climatización se caracterizan por la nula dependencia de energéticos
convencionales, como los de origen fósil, contribuyendo de manera contundente al ahorro y uso eficiente de los
recursos no renovables. (Gálvez, 2002)
2
Calor específico: se denomina como la cantidad de calor que hay que suministrarle a un material para que este

y la densidad del material) determina que a mayor capacidad acumulativa, menor
variación de temperatura propagada a través del material. El retardo producido por
esta transmisión se conoce como inercia térmica; y proporciona la posibilidad de
almacenar las cargas que se producen en los momentos punta de calor y liberarlas
en momentos de baja temperatura. Este efecto reduce simultáneamente la amplitud
del impacto y se denomina generalmente “capacidad aislante” (Olgyay, 1973:115). El
agua es una sustancia con gran calor específico (4190 J/kg ºC), por lo que se puede
utilizar para fines en los cuales se requiera la capacidad acumulativa calorífica para
amortiguar el impacto de calor sobre la cubierta. En esta investigación se estudiará
este efecto de inercia térmica mediante un dispositivo con diferentes capacidades
caloríficas, analizando el desempeño térmico que genere un amortiguamiento de
temperaturas en el interior de los espacios.
1.4 Antecedentes de la investigación.
El estudio más representativo de un sistema pasivo de enfriamiento en donde la
utilización del agua es el elemento principal para minimizar la ganancia de calor al
interior de un edificio es el sistema “Skytherm” (Szokolay, 1983:68-69), que es una
propuesta hecha por Harold Hay en Atascadero California en 1965, una localidad
donde el clima es extremoso, durante el día se registran altas temperaturas en
contraste con la noche donde se presenta temperaturas muy bajas. Con este sistema
se comprobó que es posible lograr condiciones de confort durante todo el año dentro
de la vivienda utilizando la capacidad calorífica del agua.
El sistema funciona entonces respecto a las condiciones climáticas de día y de
noche, y consiste en bolsas de polietileno de color negro llenas de agua con un
espesor de 20 cm. colocadas sobre una cubierta de láminas metálicas corrugadas y
sobre ellas un sistema mecánico de deslizamiento de láminas aislantes de espuma
de poliuretano de 0.05 m. de espesor; la cantidad de agua contenida sobre la
eleve su temperatura una unidad. (Tudela, 1982)

cubierta da un total de 22,000 litros.
Durante el día las láminas aislantes se colocan encima de las bolsas de agua y
reducen la ganancia de calor amortiguando el impacto calorífico sobre la cubierta y
al mismo tiempo el calor generado en el interior es captado por la cubierta metálica
en forma de radiación y transferido por conducción a las bolsas de agua generando
una temperatura agradable en el interior (Ilustración 2).
Durante la noche el aislamiento movible se desliza, dejando descubiertas las bolsas
de agua las cuales son expuestas a la bóveda celeste y el calor acumulado en ellas
durante el día se pierde por radiación de onda larga.
Ilustración 2.- Sistema Skytherm. Método de enfriamiento.
La ventaja de este sistema es que puede desempeñarse para casos en los que se
requiera calor dentro del edificio (Ilustración 3), solo basta con invertir la operación,
descubriendo las bolsas de agua en el día para que capten el calor y durante la
noche se cubren con el aislante, radiando así todo el calor captado durante el día
hacia el interior.
Ilustración 3.- Sistema skytherm. Método de calentamiento.

El desempeño térmico del sistema fue bueno, manteniendo la edificación entre un
rango de 20 a 23.5ºC durante todo el día cuando la temperatura exterior tenia una
oscilación de temperaturas entre 13.5 y 34.5ºC. Los problemas que surgieron fueron
generalmente técnicos, se debieron a la resistencia de las bolsas para contener el
agua, al principio tenían fugas constantemente lo que alteraba las condiciones de
humedad de la cubierta, y por otro lado el dispositivo de laminas aislantes
presentaba problemas para deslizarse, siendo un problema más que nada de
ingeniería; así también ya habitada la vivienda, los usuarios se quejaban de la falta
de ventilación, porque el edificio estaba diseñado herméticamente, esto hacía que
cuando tenían reuniones y había mucha gente el aire en el interior se hacia
insuficiente.
Un sistema desarrollado con los mismos principios del Skytherm pero en clima
Cálido-Húmedo lo desarrolló Eduardo González en la ciudad de Maracaibo,
Venezuela. Se denominó ESUSE.AC. (González, 2004) (Estanque Superficie Seca
con Aislamiento Controlado) (Ilustración 4). Es un techo-estanque con aislamiento
móvil de poliestireno de 0.05 m de espesor revestido con una lamina de fibra de
vidrio, los cuales se abaten verticalmente de manera manual, el contenedor del agua
colocado sobre la losa de concreto esta hecho con lámina de acero galvanizado con
un dispositivo que regula el nivel de agua manteniéndolo en 15 cm. de espesor y
sobre la superficie del agua se colocó una película de polietileno para evitar la
evaporación

Ilustración 4.- Estanque superficial seca con aislamiento controlado.
Fernando Tudela (1982:149) menciona que un elemento de gran inercia térmica que
quede expuesto al enfriamiento radiante nocturno puede reducir la temperatura
interna diurna siempre y cuando esté correctamente ubicado y el número de noches
despejadas sea constante.
Así también se debe procurar proteger la construcción de la radiación solar directa,
en especial la cubierta que es el elemento en la que mayormente incide la radiación
solar; otras alternativas eficientes son las protecciones de las cubiertas con
materiales que sean reflejantes así como las cubiertas de doble hoja siempre y
cuando se ventile la cámara de aire intermedia.
Los techos-estanque son una buena solución para reducir la temperatura en el
interior de los edificios. Hay que tomar en cuenta para climas de mucha humedad en
el ambiente como en la ciudad de Colima lo que puede afectar la utilización de
sistemas con agua por efectos de la evaporación, Tudela (1982:171) menciona que
no es recomendable este proceso de evaporación en climas donde la humedad
relativa del ambiente es alta, pues incrementaría estas condiciones creando un
desconfort por exceso de humedad, este sistema es mas eficiente en lugares donde
el clima sea seco.

Se han desarrollado investigaciones en la Facultad de Arquitectura y Diseño de la
Universidad de Colima en base a la utilización del agua con la finalidad de poder
emplear un sistema pasivo en las cubiertas de sus aulas, en las cuales los resultados
son alentadores en cuestiones de desempeños térmicos arrojados por los sistemas
pasivos mas no son resultados viables para una aplicación en la realidad por las
condiciones estructurales que estos representan para la edificación, dejando
conclusiones muy importantes para tomar en cuenta en futuras investigaciones y
hacer un complemento que lleve a cabo un mejor desempeño de un sistema pasivo
de enfriamiento con menos repercusiones estructurales. A continuación se exponen
estos trabajos para sacar las conclusiones que ayudarán a esta investigación.
El sistema de techo estanque fue analizado por Rubén Castañeda Pérez en febrero
de 1991 en la Universidad de Colima, para llevar a cabo las pruebas y las
evaluaciones del sistema se construyeron módulos a escala en los cuales se estudió
el comportamiento térmico en el interior en diferentes épocas del año. Los módulos
fueron construidos dentro de la Universidad con las mismas características en cuanto
a sus sistemas constructivos y dimensiones (Ilustración 5), dentro de su investigación
realizó algunas variantes en el sistema, incluyendo para algunas mediciones sistema
de sombreado para cubrir el agua de la radiación solar, placas de poliestireno sobre
la superficie del agua para reflejar radiación, entre otros, pero dentro de sus
resultados resaltó el hecho que en el sistema que desarrolló solamente con agua
sobre la cubierta (techo-estanque) realizó varias mediciones de temperaturas con
diferentes niveles de agua, (2, 4, 6 y 8 cm.) y obtuvo como resultados de cada uno
de ellos una diferencia de 7 ºC entre la temperatura exterior respecto a la del interior
de los módulos, desempeñando un comportamiento parecido.
Ilustración 5.- Módulos Experimentales utilizados para evaluar el desempeño térmico del techo-
estanque.

Parte de sus conclusiones determinan que el desempeño térmico obtenido por el
sistema con agua no tuvo grandes variaciones respecto a diferentes niveles de agua,
por lo que se podrían implementar estrategias con menos volumen de agua para
evitar cargas excesivas a la estructura.
Luis Humberto Sánchez Guzmán retomó en 1993 los mismos módulos y
prácticamente los mismos sistemas, solo que el tiempo de toma de resultados fue
mayor, en ellos se aplicaron cinco variantes en cuanto a los sistemas pasivos de
enfriamiento: 1) Sin techo estanque con cubierta fija y ventilado, 2) Techo estanque
con aislante fijo y regadera, 3) techo estanque con cubierta fija y ventilado, 4) Techo
estanque con aislante móvil, y 5) Sin techo estanque, losa de concreto con aislante
móvil.
La metodología del monitoreo fue automático por medio de una tarjeta de adquisición
de datos analógico digital, registrando temperaturas cada 5 minutos; y la metodología
de la evaluación se basó en la eficiencia relativa de cada módulo, mediante la
siguiente fórmula:
Eficiencia relativa = Grados-Hora módulo testigo – Grados-hora Módulo en cuestión

Grados hora módulo testigo
En sus conclusiones el sistema de techo-estanque con cubierta móvil, fue el mejor
obteniendo un eficiencia relativa del 79% en época húmeda y un 96% en época seca,
mas determina que por cuestiones de mantenimiento, operación y capacidad de
enfriamiento, el sistema de losa de concreto con aislante móvil puede ser
considerado más eficiente presentando una eficiencia relativa del 73% en época
húmeda y 94% en época seca.
En estos sistemas resultaron aspectos estructurales y técnicos a considerar para la
aplicación de éstos en los edificios, como el hecho de incluir en el cálculo estructural
del edificio la carga del volumen de agua sobre la estructura, así como también la
preparación adecuada que hay que darle a la cubierta antes de cubrirla con agua y el
de considerar un mantenimiento adecuado y temporal.
Se toman las conclusiones de estos antecedentes para la elaboración de esta
investigación, evidenciando que ya se sabe que el utilizar el agua como amortiguador
térmico es factible en cuanto a resultados de desempeños térmicos obtenidos en
climas de mucho calor como el de la ciudad de Colima. Más aún los volúmenes de
agua experimentados en las investigaciones antes señaladas fueron muy variados,
es decir, no establecen la relación entre la capacidad calorífica del sistema pasivo y
su desempeño térmico obtenido.
De ahí surge el interés por establecer una relación entre la capacidad calorífica y el
desempeño térmico de un sistema con diferentes cantidades de agua en condiciones
climáticas similares, por lo tanto se manifiestan las siguientes preguntas de
investigación:
1.5 Preguntas de investigación.

¿Como influye la capacidad calorífica del agua en el desempeño térmico del
dispositivo pasivo de climatización?, y ¿Cómo varía el desempeño térmico del
dispositivo pasivo de climatización en relación a diferentes cantidades de agua?
1.6 Hipótesis.
Entre mayor capacidad térmica tenga el dispositivo pasivo de climatización, la
oscilación térmica dentro de los módulos experimentales disminuirá directamente
proporcional con la cantidad de agua.
2. LA EDIFICACIÓN.
2.1 Comportamiento térmico de la edificación.
Para establecer las pautas del diseño arquitectónico el clima juega un papel
fundamental. Tanto el viento como el sol son los dos factores que condicionan el
actuar micro-climático de cada lugar, estos modifican cuatro de los parámetros que
intervienen directamente en la concepción Arquitectónica Bioclimática como la
humedad, la radiación solar, la temperatura del aire y la velocidad del aire, los
cuales contribuyen en la sensación de confort de las personas y a su ves son los
que determinan las condiciones y el comportamiento de la edificación (Serra,
1999:12); las condiciones atmosféricas son quienes van a determinar que el tipo de
muro sea pesado o ligero, que las formas de las cubiertas sean inclinadas u
horizontales, el tipo de color oscuro o claro, dimensiones de vanos chicos o grandes,
etc., y el papel que va a jugar la edificación es la de un protector o regulador que
rechace o transforme la acción de los elementos ambientales del lugar. (Rodríguez,

2005:67)
La envolvente de la edificación cumple la función de ser intermediario entre el clima
exterior y los ambientes interiores. Es posible disminuir la cantidad de calor que
penetra del exterior al interior mediante una envolvente determinada, utilizando la
capacidad térmica de los materiales que conforman la envolvente.
Los espacios interiores de los edificios tienen condiciones ambientales muy
particulares respecto a los exteriores. Teóricamente son espacios con temperaturas
menos variables que el exterior, debido a la acción de los materiales de construcción
con los que esté constituida la envolvente, los cuales fungen como barrera y
amortiguación del calor proveniente del exterior. Así también se pueden encontrar
espacios con temperaturas y humedades superiores a las del exterior, debido a los
efectos de la ocupación de dichos espacios y al menor movimiento del aire en el
interior, cuando esto sucede se puede decir que el clima del edificio funciona peor
que el clima exterior (Tudela, 1999:20).
Si no se controla la absorción de la radiación solar por parte de la superficie exterior
de la envolvente, ni la transmisión de flujos de calor de la misma, se puede llegar a
tener en la superficie interior de la envolvente una temperatura cercana a la media
exterior durante un periodo considerado del día (Izard, 1983:64), por lo cual la
envolvente no estaría cumpliendo con la función natural que debería desempeñar, el
de aislar al habitante de las condiciones exteriores brindándole un cierto confort en
el interior.
Existen muchos aspectos los cuales van a repercutir en el desempeño climático de la
vivienda hacia el interior, por ejemplo aspectos geométricos como las formas de las
cubiertas, las dimensiones de los espacios, etc.; aspectos constructivos empleando o
manipulando las características termofísicas de los materiales en los sistemas
constructivos; aspectos de acabados como la utilización de los colores, texturas,
formas, etc.; así como los aspectos arquitectónicos en cuanto a las dimensiones de

vanos en puertas y ventanas, tipos de muros, etc.
Por ejemplo, para poder obtener un cierto confort dentro de una vivienda durante un
ambiente de mucho calor debemos de considerar que la envolvente tenga un bajo
factor de absorción, y esto se puede lograr pintándola con colores claros, por ejemplo
el blanco que tiene de 0.15 a 0.20, que en comparación con colores oscuros como
gris, verde, café, que pueden llagar a tener entre 0.70 y 0.80 (Givoni, 1988:75), otra
consideración es el ocultar los vanos hacia la radiación solar directa y evitar al
máximo la ventilación del exterior cuando las temperaturas afuera son demasiado
altas. Logrando hacer todas estas precauciones, el confort térmico puede
establecerse únicamente mediante la inercia térmica del edificio (Tudela, 1982:151),
por lo que es de suma importancia conocer los materiales utilizados en la
construcción y cómo se propagan los diferentes flujos de calor en ellos.
2.2 Fuentes de calor.
La edificación está expuesta a fuerzas térmicas exteriores, las cuales alteran el
desempeño térmico de la misma hacia el interior, y éstas se dan en combinación de
dos impactos, por convección, que es en la cual el aire circundante intercambia
temperatura con la edificación y esta depende de la velocidad del aire y la
temperatura del mismo; y por radiación, que es principalmente la cantidad de calor
que emite el sol de manera radiante y también por el intercambio de calor con el aire
o con el cielo (Olgyay, 1963:113).
El aporte térmico de las radiaciones solares se debe dividir en dos partes: sobre el
aire (temperatura del aire) y sobre las pantallas que delimitan los espacios (los
edificios), o suelos o superficies líquidas, que absorben reflejan y retransmiten las
radiaciones. El aporte térmico de la radiación es muy variable. Depende del tiempo
de exposición de la superficie a los rayos solares, de la cantidad de calorías
transmitidas en relación a la orientación de las pantallas y del tipo de pantalla (color,

rugosidad y transparencia) (Puppo, et al., 1999:9).
Una parte de la radiación que incide sobre los cerramientos, ya sea directa, difusa o
reflejada, es reflejada y otra parte es absorbida dependiendo del acabado superficial.
La parte absorbida de la radiación se transforma en energía térmica que es
acumulada en los cerramientos, éstos a su vez ceden parte del calor hacia el interior
calentando el aire y otra parte la emite en forma de radiación (reemisión), por lo que
se puede deducir que aunque la cubierta sea una barrera a la radiación, no lo es
respecto a la energía térmica (Serra, 1999:38).
2.3 Transmisión de calor a través de la superficie.
Los cerramientos desempeñan una barrera para diversos agentes exteriores como la
radiación visible (la luz) y la ventilación, sin embargo para otros factores como lo es
la humedad y el calor son prácticamente permeables dependiendo de las
características físicas y térmicas del acabado interior, ya sea el color, la textura, la
porosidad, etc., y esto en los dos sentidos, es decir, tanto lo que entra como lo que
sale de cualquier espacio. Estas condiciones hacen que la cubierta influya mas en el
ambiente de los espacios que las propias dimensiones o formas concebidas en él
(Serra, 1999:38).
El clima en el interior de los espacios es alterado por la radiación de las caras
internas de los cerramientos que se transforman en superficies radiantes de calor,
condición por la cual alteran el confort térmico de los ocupantes de esos espacios;
generalmente éste ciclo de transferencia de calor se da cuando el calor captado
durante el día lo liberan por la noche hacia el interior, todo dependiendo de las
características termofísicas de los materiales de los cerramientos; éstos a su vez
pueden enfriarse por su superficie exterior cuando las condiciones exteriores están a
mas bajas temperaturas en horas de la noche (Serra, 1999:33).
En la siguiente ilustración 6 se muestran dos variaciones diarias de temperaturas

(internas y externas), al inicio del día la temperatura exterior empezará a aumentar y
el calor empezará a atravesar la superficie exterior del cerramiento. “Cada partícula
de ésta absorberá cierta cantidad de calor por cada grado de elevación de
temperatura, dependiente del calor específico del material. El calor de la partícula
siguiente solo se transmitirá después de que haya aumentado la temperatura de la
primera partícula. En consecuencia se retardará el incremento correspondiente de la
temperatura superficial interna”. (Szokolay, 1977:100)
La temperatura externa alcanzará su máximo y empezará a decrecer antes de que la
temperatura superficial interna haya alcanzado el mismo nivel. A partir de este
momento, la cantidad de calor que alcanzó a almacenar el cerramiento, una parte la
disipará parcialmente al exterior y otra al interior. Cuando el aire del exterior baja su
temperatura una proporción del calor almacenado fluye hacia el exterior, y cuando la
temperatura del cerramiento desciende por debajo de la temperatura exterior se
invierte el sentido del flujo del calor (Szokolay, 1977:100).
Ilustración 6.- Tiempo de retardo y factor de reducción.
Fuente: Szokolay, S.V.. Op. Cit. P. 100 (Fig. 4.1)

Cuando las condiciones exteriores son de temperaturas más altas que las interiores,
el flujo térmico tiene la dirección de afuera hacia adentro; en condiciones opuestas el
flujo es inverso. Cuando la cara exterior de un cerramiento tiene una temperatura
inferior a la de la cara interior, el flujo térmico penetra en el material por conducción si
el cerramiento es uniforme, y por conducción, radiación y convección, si está
constituido por paneles con capas de aire intermedias. La cara interior transmite al
espacio interior por radiación y convección, éste flujo de calor depende de la
temperatura superficial (Puppo, et al., 1999:12).
2.4 Cubiertas.
La superficie que en primera instancia está expuesta a la radiación solar directa en
una edificación es la losa o la cubierta, superficie que en localidades dentro de los
trópicos pueden llegar a recibir dicha radiación hasta por mas de 12 horas (siempre y
cuando sean superficies horizontales), logrando captar y transmitir una cantidad
considerable de calor hacia el interior del edificio; la latitud es importante para el
diseño de las cubiertas, el fin es que este elemento deje pasar la menor carga
térmica posible hacia el interior de los edificios, en latitudes cercanas a los trópicos
además de la cantidad de horas en que recibe sol, la intensidad de radiación es
mayor, ya que inciden casi perpendicularmente. Esto ocurre también durante el
recorrido solar diario, al mediodía el ángulo de altitud solar es mayor por lo que la
intensidad de radiación también (González, 1986:78-79).
Ilustración 7.- Variación de la intensidad de la radiación solar, dependiendo de la latitud.

Fuente: González, Eduardo. Id. Fig. 4.3
Esta superficie estará a mayores temperaturas que el aire circundante y los efectos
por convección pueden ayudar significativamente a disminuir la temperatura, y será
más significativo este intercambio de calor si la superficie tiene características
irregulares (Olgyay, 1963:113).
Como situación a cuidar por parte de los cerramientos de una construcción respecto
a la radiación, está la radiación reemitida, en la cual las superficies calentadas
previamente por el sol emiten su propia radiación; en este caso la radiación que
reemite la cubierta hacia el interior de un espacio es de mucha importancia, para esto
se puede evitar eficientemente creando una cámara ventilada que impida que la
cubierta se caliente (Serra, 1999:35).
A pesar de que por su posición respecto a la edificación es el elemento que más
recibe radiación solar, también es el elemento que irradia más calor hacia el espacio

durante la noche, por lo tanto se puede aprovechar ésta característica para perder
calor acumulado durante el día en horas más frescas de la noche, solo hay que
tomar en cuenta que este efecto de radiación nocturna queda atenuado cuando
existe nubosidad en la atmósfera (González, 1986:79).
En la actualidad el sistema constructivo utilizado para construir las cubiertas es a
base de concreto armado, extendiéndose por todo el país de una manera tal que es
el sistema más utilizado en la mayoría de las viviendas debido a su viabilidad
estructural y económica. En las ciudades cercanas al trópico y en climas calidos-
húmedos erróneamente se hacen estas cubiertas de manera horizontal, lo cual
incrementa de manera significativa la ganancia de calor por radiación solar.
Gómez Azpeitia (1990) establece las condiciones geométricas de las cubiertas para
la ciudad de Colima (Ilustración 6), donde determina que la menos indicada es
aquella que esté colocada de manera horizontal independientemente del material y
sus capacidades termofísicas y la más recomendada es la que ofrezca mayor
superficie de distribución de la radiación solar, procurando que no propicie
soleamientos perpendiculares.
Ilustración 8.-Recomendaciones de cubiertas para la ciudad de Colima.
Fuente: Luis Gabriel, Gómez Azpeitia. Ibidem. s/p Tabla (6.36)

Humberto Rodríguez en un informe de evaluación de cubiertas para ciudades de
Colombia
(WWW.eternit.com.com/imagenes/img/documentos/COMPORTAMIENTO_TÉRMICO
_DE_CUBIERTAS.doc, menciona las características termofísicas que una cubierta
en clima cálido debe tener :
 Absorber la menor cantidad posible de radiación solar.
 Ofrecer la máxima resistencia al flujo de calor de la cara exterior hacia la
interior.
 Tener inercia térmica para reducir las fluctuaciones de temperatura.
 Radiar la menor cantidad posible de energía hacia el interior del recinto.
Ilustración 9.- PROPIEDADES DE UNA CUBIERTA IDEAL PARA TIERRA CALIENTE.

Fuente:www.eternit.com.co/imagenes/img/documentos/COMPORTAMIENTO_TERMICO_
DE_CUBIERTAS.doc Figura 3.
“Una manera de lograr minimizar los impactos de la radiación solar sobre la cubierta
con sistemas pasivos consiste en presentar una gran masa de material en la
techumbre, capaz de almacenar el calor captado, y que retarde la transmisión de
calor al interior, de tal manera que la mayor parte se transmita al medio ambiente”
(Gálvez, 2002:8).
Entre los materiales con mayor capacidad calorífica se encuentra el agua (4190 J/Kg
ºC) (Tudela, 1982:150), debido a que su calor específico es el más alto respecto a
cualquiera de los materiales de construcción. Es 4 veces mayor que la del concreto
(1000 J/Kg ºC), lo que podría dar una idea del desempeño térmico que podría
obtener de un sistema con agua en referencia de uno de concreto.

3. LOS MATERIALES.

3.1 Características termofísicas de los materiales.
Todos los materiales que se utilizan en la construcción tienen la capacidad de
acumular y transmitir energía térmica. Esa cantidad de calor se distribuye de la parte
de más calor a la de menos calor hasta encontrar una igualdad térmica, y se puede
manifestar entre zonas del mismo cuerpo o entre dos cuerpos o más.
De toda la cantidad de energía solar que recibe un elemento una parte es reflejada y
el resto es absorbida por los materiales que componen el elemento. De la energía
solar absorbida una parte es la que contribuye al aumento de temperaturas en los
espacios. La forma como se transmite el calor absorbido hacia el interior dependen
de las características térmicas del material utilizado, y éstas a su vez dependen de
un gran numero de variables, como la conductividad de la superficie, la conductividad
térmica, el espesor, la densidad, la posición de las capas o cavidades aislantes
dentro de la construcción, el poder absorbente respecto de la radiación solar y la
emisividad de la radiación a baja temperatura. La combinación de estos factores
permite reducirlos a tres variables principales: a)El coeficiente de transmisión térmica
de aire a aire (U), el cuál no debe ser mayor de 1.1 w/m2 ºC en climas cálido-
húmedo; b) El factor de calor solar (q/I), el cual se recomienda que no exceda de 4%
en los climas cálidos húmedos; y, c)El tiempo de Transmisión térmica, el cual se
aconseja sea de 3 hrs. como máximo (González, 1986:85).
Los materiales tienen características físicas y composición química diferente, y son
las que permiten que la transmisión de la energía calorífica se efectúe de manera
diferente. Es indispensable tomar en cuenta su textura, color y densidad, para poder
caracterizarlos en los espacios que se van a realizar, y así determinar su
comportamiento ante las diferentes formas de propagación del calor.
Tres propiedades físicas determinan el intercambio de radiación de la superficie con

el medio ambiente, la absortividad, la reflectividad y la emisividad. La absortividad y
la reflectividad de una superficie determinan la respuesta a la radiación solar de onda
corta, la cual tiene efecto en las temperaturas de las superficies y por consiguiente
en las temperaturas interiores del edificio. La radiación absorbida es proporcional a la
absortividad de la radiación de onda corta de la superficie, y depende básicamente
del color de ésta; y la radiación reflejada es proporcional a la reflectividad de la
superficie (Givoni, 1998:74).
Como ya vimos, algunas características termofísicas de los materiales son exclusivas
de algún tipo de flujo de calor (Tabla 1).
Tabla 1.- Relación de las características térmicas de los materiales con los flujos de calor.
CONVECCIÓN RADIACIÓN CONDUCCIÓN
Conductividad X X
Resistividad X X
Admisividad X X
Difusividad X X
Absortividad X
Reflectividad X
Emisividad X
Para lugares donde las temperaturas son de calor extremo, el hacer la selección de
materiales con características de alto índice reflectivo y que expelan rápidamente el
calor, darán mejores resultados al interior de la vivienda, reduciendo aún
significativamente la temperatura.
Eduardo González (1986:84) menciona que en las zonas cálidas deben considerarse
los efectos combinados de reflectividad y emisividad de los materiales.

En climas calidos los materiales de baja absorción térmica y alta emisividad son muy
buenos para las caras exteriores por ejemplo: pintura a la cal, fibrocemento, esmalte
blanco y amarillo claro (Puppo, et al. 1999:12).
Es necesario tener en cuenta el comportamiento de los materiales respecto a las
radiaciones, J. Yellot realizó una tabla en la cual traslada los valores de los factores
de absorción a la radiación solar y los de los factores de emisión a las radiaciones de
gran longitud de onda de los principales materiales, y en ella se identifica la categoría
de un material dado (“cuerpo negro”, “cuerpo reflector”, “cuerpo selectivo caliente” y
“cuerpo selectivo frío”). Gómez Azpeitia identificó dentro de la tabla (con una
circunferencia) aquellos materiales de uso común en la región de Colima. (Ilustración
10)
Ilustración 10.- Tabla de materiales con factores de absorción, emisión y reflexión.
Fuente: Luis Gabriel Gómez Azpeitia. Op. cit. s/p Tabla (6.21)

3.2 Flujos caloríficos.
El calor siempre está en un flujo constante, se propaga por los materiales utilizando
varios medios, no todos los materiales tienen la misma capacidad de transmitir el
calor a una misma velocidad porque no todos tienen la misma capacidad calorífica,
esto hace que dentro de un sistema compuesto de varios materiales muchos estén a
diferentes temperaturas, lo que hace que los de más temperatura cedan calor a los
de menos temperatura y activen un intercambio de calor constante entre ellos hasta
que lleguen a un equilibrio térmico.
Las formas de transmisión de esta energía calorífica se hacen mediante cuatro
fenómenos:
Convección
Radiación
Conducción
La convección transmite el calor a través de los fluidos (líquidos o gases) mediante el
movimiento corpuscular de un cuerpo a otro, y depende de tres factores:
1. La diferencia de temperaturas entre los puntos calientes a fríos.
2. Velocidad de movimiento del medio portador en función.
3. Calor específico del medio transportador.
Las propiedades de los materiales que tienen que ver con el flujo de calor convectivo
son la admisividad, difusividad, conductividad y resistividad.
En la arquitectura la convección se utiliza para calcular las perdidas de calor de un
edificio por ventilación o refrigeración.
El efecto de la radiación sobre las superficies depende de las características de los

materiales, la transferencia de calor por radiación dependerá de las temperaturas de
los cuerpos emisores y receptores y de ciertas cualidades de esas superficies como
la emisividad, absortividad y reflectividad, y se mide en la unidad W/m². Con esto la
radiación puede ser parcialmente absorbida y parcialmente reflejada.
El flujo de calor por conducción es la transmisión de calor en forma directa de
molécula a molécula en el mismo cuerpo o en contacto directo entre cuerpos. Este
flujo de calor se lleva a cabo en todas direcciones dentro de un mismo cuerpo, las
propiedades de los materiales que se relacionan con este flujo son las que tienen
que ver con el movimiento molecular, por tal motivo son la admisividad, difusividad,
conductividad y resistividad.
3.3 Capacidad calorífica.
Una característica de todos los materiales es su calor específico, de la cual depende
que necesite más calor que otros para elevar su temperatura a una unidad. Cada
sustancia tiene un calor específico característico, casi siempre mucho menor que el
del agua.
El agua es una de las sustancias que, aunque reciba mucha energía calorífica,
incrementa muy poco su temperatura. La capacidad del agua de "resistir" los
impactos de calor incrementando poco su temperatura se representa mediante una
magnitud llamada "calor específico" (Ce). El agua posee un calor específico alto
(4187 J/kg ºC) y puede emplearse como un almacén térmico en los edificios que
necesiten de ello. En consecuencia, el calor específico del agua es 1 cal /g. ºC3
Pero la cantidad de calor que puede acumular o perder una masa de agua depende,
además de su calor específico, de la masa de la sustancia. El producto de la masa
por el calor específico se llama "capacidad calorífica" y su unidad de medida es J/ ºC.
3
Caloría: Cantidad de calor necesaria para que 1gr. de agua aumente 1ºC su temperatura. Sirve para medir
cantidades de calor. http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es

La presente imagen (Ilustración 11) muestra los diferentes materiales con algunas de
sus propiedades termofísicas, en la que se establece la capacidad calorífica relativa
de algunos materiales, Gómez Azpeitia (1990:tabla 6.22) adaptó a esta tabla
materiales utilizados en la región de Colima (figuradas con una circunferencia sobre
el punto del material en cuestión).
Ilustración 11.- Tabla de propiedades termofísicas de algunos materiales de la construcción.
Cuanta más capacidad calorífica tenga un cuerpo menos incrementa su temperatura
para un mismo aporte de calor. Es como la capacidad que tiene la sustancia para
"captar" el calor.
El calor necesario para un mismo incremento de temperatura de una cierta sustancia
depende de su masa: cuanta más masa, más calor se requiere. Cuando se requiera
conocer la capacidad calorífica de un material compuesto sólo hay que sumar la
capacidad calorífica de cada una de las sustancias que lo componen.

Es de suma importancia el conocimiento de estos aspectos, pues se puede
determinar teóricamente el comportamiento térmico de una edificación respecto a la
absorción y transmisión de calor de sus materiales del exterior hacia el interior.
3.4 Inercia y amortiguamiento térmico.
Todos los materiales que se utilizan en la construcción tienen la capacidad de
acumular y transmitir energía térmica. Esa cantidad de calor se distribuye de la parte
con temperatura más alta a la de menor temperatura hasta encontrar un equilibrio
térmico, y se puede manifestar entre zonas del mismo cuerpo o entre dos cuerpos o
más.
La temperatura del aire exterior y la temperatura exterior de los cerramientos, para
días típicos promedio estacional tienen una variación horaria de forma sinusoidal.
También la temperatura interior de un espacio sigue, sin otro aporte térmico que no
sea el de los cerramientos, la misma forma sinusoidal solo que un poco más
amortiguada siendo la oscilación interior menor que la oscilación exterior, y con un
retraso horario.
“La relación entre la máxima temperatura interior y la máxima exterior es la
amortiguación térmica (factor de reducción), y la distancia horaria entre los dos
máximos es el retraso térmico. A una mayor amortiguación corresponde una mayor
inercia térmica.” (Puppo, et al. 1999:16)

Ilustración 12.- Inercia Térmica.
Fuente: Puppo, Ernesto. Op. cit. p. 17 Figura 5.
El retraso térmico depende del coeficiente de conductividad (k), del calor específico y
de la densidad del material (Puppo, et al. 1999:17).

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL.
4.1 Introducción.
A continuación se muestra la metodología que se implementó para lograr los
objetivos de investigación, la cuál consistió en dos fases. Cada una de las fases con
sus objetivos particulares así también con su propia metodología.
4.2 Metodología experimental.
La metodología seguida en ésta investigación fue de tipo experimental con la
interacción de las variables dependientes sobre las variables independientes y se
conformó en dos fases:
La primera fase llamada “Experimento preliminar”, tuvo como objetivo determinar el
color a utilizar en el dispositivo, de manera que éste contribuyera a obtener los
desempeños térmicos esperados por el mismo.
Para lograr el objetivo en ésta primera fase se desarrolló un experimento en el cuál
se tuvieron como variables independientes la forma geométrica del dispositivo y la
capacidad calorífica del mismo; las variables dependientes fueron el color y la
posición respecto a la radiación solar y su comportamiento térmico.
Mediante la segunda fase denominada “Experimento de evaluación”, se logró
responder a las preguntas de investigación y confrontar la hipótesis, para esto las
variables independientes fueron la temperatura exterior y el color del dispositivo; las

variables dependientes fueron la capacidad calorífica, la colocación del dispositivo
respecto a la cubierta y el desempeño térmico del dispositivo (temperaturas
interiores de bulbo seco y la humedad relativa).
Conceptualización metodológica.
EXPERIMENTO
1a FASE “EXPERIMENTO PRELIMINAR” 2a FASE “EXPERIMENTO DE EVALUACIÓN”
Variables independientes:
•Forma geométrica del
dispositivo.
•Capacidad calorífica.
•Temperatura exterior.
Variables dependientes:
•El color y su posición
respecto a la radiación
solar.
•Desempeño térmico.
Esta primera fase tiene como objeto
determinar el color a utilizar en el
dispositivo.
Variables independientes:
•Forma geométrica del
dispositivo.
•Color del dispositivo.
•Temperatura exterior.
Variables dependientes:
•Capacidad calorífica.
•Colocación del
dispositivo respecto a la
cubierta.
•Desempeño térmico.
El objetivo es responder las preguntas de
investigación y confrontar la hipótesis
mediante la evaluación del dispositivo.

4.3 Experimento preliminar (1ª fase).
Para este experimento se utilizó el dispositivo al 100% de agua, éste se colocó
dentro de cajas de poliestireno de tal manera que la mitad del dispositivo quedó
expuesta a la radiación solar, las cajas de poliestireno contenían agua hasta el nivel
que hicieran contacto con el dispositivo (ilustración 14), el monitoreo se realizó
durante día y medio y se adquirieron datos de temperatura del agua dentro de las
cajas así como también del agua dentro del dispositivo, para esto se utilizó un
dispositivo de adquisición de datos tipo HOBO incorporándoles un censor externo el
cuál se introdujo al agua (ilustración 12 y 13). Se efectuaron 5 variables del
dispositivo, se pintaron la mitad de 2 botellas de blanco y 2 de negro y una quedó sin
pintar como testigo, un lado de cada uno de los colores quedó expuesto respecto a la
radiación solar y otro quedó sin exposición. El experimento se llevó a cabo sobre un
plano horizontal donde todos los dispositivos tuvieran las mismas condiciones
climáticas y estuvieran todo el día expuestos a la radiación solar (ilustración 15).

Los objetivos subsecuentes de este experimento fueron analizar la influencia de los
colores en el desempeño térmico del dispositivo, describiéndose a continuación:
1. utilizar el color blanco arriba para lograr una mayor reflectividad de la radiación
durante el día.
2. Utilizar el negro para una mayor emisividad y ayude al enfriamiento del agua
por las noches.
3. Utilizar los colores blanco y negro por la parte de abajo y que se desempeñe
como un sombreado sobre la cubierta, para poder determinar si el agua
realiza alguna función de amortiguamiento.
Ilustración 14.-Prueba piloto, cajas de agua con el dispositivo.
Termómetro
Termómetro
Pintura negraPintura blanca
Termómetro
TermómetroTermómetro
Termómetro
Caja de material aislanteCaja de material aislanteCaja de material aislante Caja de material aislante Caja de material aislante
Termómetro
Termómetro
Pintura blanca Pintura negra
Termómetro
Termómetro
Ilustración 12.-Cajas de poliestireno
conteniendo agua en su interior, y colocación
de los censores.
Ilustración 13.-Botellas de PET de 2 lts. Con
agua y pintadas con blanco o negro una mitad;
y colocación de los censores.

 Temperatura del agua en la botella.
Ilustración 15.-Proceso de adquisición de temperaturas de cada
uno de las variantes del dispositivo, con los costados
correspondientes expuestos al sol.

TEMPERATURA DEL AGUA EN LA BOTELLA
15
16
17
18
19
20
21
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31
32
33
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35
36
37
38
39
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41
42
43
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
HORAS
TEMPERATURAºC
NEGRO ABAJO NEGRO ARRIBA SIN COLOR BLANCO ABAJO BLANCO ARRIBA
La reflectividad del blanco arriba redujo el aumento de temperatura del agua en el
dispositivo, teniendo hasta 6°C menos que los demás. El negro arriba no tiene
diferencia significativa de enfriamiento nocturno respecto a los otros cuatro, los
cuales casi coinciden en una misma oscilación por la noche, por lo que no ofrece una
ventaja al dispositivo. Así también se aprecia como los que tienen el color por debajo
los cuales su intención era el de sombrear a la cubierta tienen un comportamiento en
la oscilación diferente, por lo tanto podemos decir que el agua si esta jugando un
papel de amortiguación.
En esta gráfica podemos concluir que el blanco arriba puede contribuir a mejorar el
desempeño térmico del dispositivo, aclarando que el objetivo es el de reducir las
temperaturas máximas y debido a que no adquiere mucha temperatura, el calor que
puede llegar a transmitir a la cubierta va a ser menor.

 Temperatura del agua en la caja de poliestireno.
TEMPERATURA DEL AGUA EN LA CAJA DE POLIESTIRENO
17
18
19
20
21
22
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12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
HORAS
TEMPERATURAºC
NEGRO ABAJO NEGRO ARRIBA SIN COLOR BLANCO ABAJO BLANCO ARRIBA
En esta gráfica se aprecia como el blanco arriba al ser el dispositivo que menos
elevó su temperatura mantuvo la temperatura del agua del contenedor menor que los
demás, siendo muy cercano el que tiene negro arriba, y ratifica que el agua puede
desempeñarse como un buen amortiguador térmico, debido a que la diferencia entre
estos dos dispositivos en la temperatura del agua era de 6°C y aquí es de menos de
1°C, lo que nos dice que la mayor parte del calor que tuvo el dispositivo negro arriba
lo disipó al ambiente exterior y no al agua del contenedor.
En conclusión se tomó el dispositivo pintado de color blanco y expuesto hacia la
radiación solar directa para la aplicación en los experimentos a llevar a cabo, porque
éste favoreció al que la temperatura del agua en la caja adquiriera menor

temperatura, lo que favorece a alcanzar los desempeños térmicos esperados por el
dispositivo.
En la siguiente gráfica se aprecian las temperaturas del agua alcanzadas por el
dispositivo blanco arriba tanto dentro de la botella como dentro de la caja de
poliestireno, en donde se aprecia que en las horas de la noche el agua de la botella
adquiere menor temperatura que el agua de la caja, lo que puede provocar un flujo
de calor del agua del contenedor hacia el dispositivo.
BLANCO ARRIBA
15
16
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12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
HORAS
TEMPERATURAºC
Temp. del agua en el dispositivo Temp. del agua en la caja
4.4 Diseño del dispositivo.
Con la primera fase de la metodología resuelta, es decir, terminado el experimento
preliminar, se puede dar por hecho el diseño del dispositivo y podemos determinar

cuales son las características principales del mismo, en donde se pretende que cada
una de ellas ejerza una acción en cuanto al desempeño térmico del dispositivo en
general.
 Característica termofísica. En este caso se utilizó el agua por su alto calor
específico, lo que contribuyó a que el dispositivo desarrolle una alta
capacidad calorífica.
Termodinámica del agua
Cualquier propiedad física, química ó biológica dependerá más o menos del estado
termodinámico del agua, por ejemplo, la densidad modifica la inercia térmica, la
transparencia y el color modifican la transmisión de calor por radiación, etc. De
manera cuantitativa hay que saber que las propiedades termodinámicas del agua no
suelen ser constantes, sino variables con la temperatura y a veces con la presión.

4
En la siguiente tabla podemos ver cuales son las propiedades termodinámicas que
representan al agua cuando ésta se encuentra a 15°C.
Tabla 2. Propiedades termodinámicas representativas del agua a 15 ºC.
Propiedad Agua
Densidad  [kg/m3
] 999,1
Capacidad térmica c [J/(kg°C)] 4187
Conductividad térmica k [W/(m°C)] 0,589
Temperatura de congelación Tf [ºC] 0
Temperatura de ebullición Tb [ºC] 100,0
La capacidad térmica del agua es muy grande, es una de las sustancias líquidas que
más energía necesita para cambiar de temperatura c=4200 J/kg. Este valor tan alto
de capacidad térmica, hace que el agua sea un eficiente termorregulador (inercia
térmica) lo que la transforma en un sumidero de calor. Un sumidero de Calor es un
sistema capaz de absorber calor de un objeto con el que está en contacto térmico sin
que ocurra un cambio de fase o una variación significativa en su temperatura. A una
Capacidad Térmica más grande, una tasa más lenta en la disipación del calor.
La conductividad térmica del agua es pequeña (580 W/[m °C]) comparada con otros
materiales usados en la construcción como la del concreto (1000 W/[m °C]) o la del
mortero cemento-arena (1400 W/[m °C]);5
 Geometría. La intensidad de la energía recibida por una superficie tiene que
ver con el ángulo formado por el rayo incidente y el plano de la superficie, por
lo que es necesaria una forma geométrica específica para el dispositivo
pasivo, el cual evite la incidencia de la radiación de forma perpendicular; la
forma geométrica más recomendada es la que ofrezca mayor superficie de
4
http://138.100.110.21/ot1/Water%20Thermodynamics.htm
5
http://www.fortunecity.es/expertos/profesor/171/agua.html

distribución de la radiación solar, procurando que no propicie soleamientos
perpendiculares (Gómez, 1990).
Para la selección del contenedor del agua, esta investigación se basó en que
el contenedor cubra de cierta manera la forma geométrica recomendada para
cubiertas en climas como el de la ciudad de Colima hecha por Gómez Azpeitia
(1990), por lo tanto se optó por utilizar un envase cilíndrico (en este caso se
utilizarán botellas de PET de 2 litros), que además de cumplir con la geometría
favorable, ya colocadas sobre las cubiertas de los módulos ofreció una mayor
superficie de distribución de la radiación solar por las características
irregulares que en conjunto ellas representarán, y de igual manera favorecerá
a que los efectos por convección ayuden al intercambio de temperatura entre
la temperatura captada del dispositivo y la temperatura del aire (Olgyay,
1963:113), (Ilustración 16).
Así también mediante la geometría se puede reducir la superficie de contacto
del dispositivo hacia la cubierta con lo cual se logran dos objetivos: minimizar
el flujo de calor por conducción entre el dispositivo y la cubierta, y también
lograr una cámara de aire que permita un flujo de ventilación entre ellos y
ayude a disipar el calor captado tanto por el dispositivo como por la cubierta
hacia el medio ambiente.
Ilustración 16.- Perspectivas de la colocación del dispositivo sobre la cubierta de concreto.

 Acabado. La transferencia de calor por radiación dependerá de las
cualidades de las superficies como la emisividad, absortividad y reflectividad.
Con esto la radiación puede ser parcialmente absorbida y parcialmente
reflejada. Para lugares donde las temperaturas son de calor extremo, el hacer
la selección de materiales con características de alto índice reflectivo y que
expelan rápidamente el calor, darán mejores resultados al interior de la
vivienda, reduciendo significativamente la temperatura. Existen
investigaciones en la cuales utilizando sólo un acabado de color blanco (el
cual tiene un índice reflectivo alto, 0.90) (Givoni, 1998:75) sobre la superficie
de la cubierta es suficiente para amortiguar la oscilación de las temperaturas
dentro de un espacio, por lo que dentro del acabado del dispositivo el color se
considera una estrategia importante para adoptar.
Dentro de ésta investigación se utilizó la característica termofísica del color
blanco para aprovechar la reflectividad en el dispositivo y ayude a que la
temperatura del agua no aumente en gran medida durante el día y disminuya
el flujo de calor a la cubierta por radiación y por conducción.

4.5 Experimento de evaluación (2ª fase).
Ya diseñado el dispositivo con los resultados obtenidos en la primera fase
experimental, se efectuó la segunda fase la cual ayudó a dar respuesta a las
preguntas de investigación y confrontar la hipótesis. Para esto se llevó la
metodología descrita a continuación.
4.5.1 Calibración de instrumentos de medición.
Para la adquisición de la Temperatura de bulbo seco en el interior de los módulos,
así como en el exterior, se utilizaron 5 dispositivos de adquisición de datos tipo

HOBO modelo H8-004-02 de la compañía ONSET (ilustración 17), los rangos de
operación son entre los –20°C y 70°C, y una humedad relativa del 0% al 95%, con un
margen de error de 0.4°C para la temperatura, y (+/-) 5% de humedad relativa, según
datos del fabricante.
Ilustración 17.- Data logger tipo HOBO.
Para adquirir los datos de temperatura de bulbo seco se le instaló un censor externo
marca ONSET modelo TMC6-HA con un rango de operación de -40°C a 100°C.
Antes de ser colocados dentro de los módulos experimentales y en el exterior para el
proceso de adquisición de datos del experimento fue necesario calibrarlos, para tener
la certeza de que los datos obtenidos por los instrumentos sean los mismos estando
en circunstancias iguales y proporcionen la seguridad que esos datos puedan ser
comparables.
En las lecturas de temperatura el margen de error establecido es de +/- 0.4°C, todas
aquellas que estuvieran dentro de este margen de error se considerarán como del
mismo valor y podrán ser comparables.
La calibración de los HOBOS se realizó en una habitación completamente cerrada,

ubicando los instrumentos sobre una superficie de madera a un metro de separación
del piso y con una separación entre ellos de 30 cm. La toma de temperaturas se
realizó durante 24 horas, con una adquisición de datos a cada hora. Los resultados
de la calibración se encuentran en anexos.
4.5.2 Calibración de las unidades de análisis (módulos).
Los módulos están ubicados en los jardines de la Facultad de Arquitectura de la
Universidad de Colima, y la ubicación de los módulos uno respecto al otro están en
diferentes circunstancias y tiene elementos externos (árboles, edificios, andadores,
etc., ver ilustración 18) que podrían alterar las lecturas dentro de los módulos, por lo
que fue necesario la calibración, y tuvo como objetivo corroborar que los módulos se
encuentren en semejantes circunstancias respecto a las lecturas de temperaturas y
humedad en el interior.
Todos los módulos experimentales tienen las mismas características en cuanto a
dimensiones, orientaciones y acabados (Ilustración 19). Están constituidos por muros
de ladrillo de barro recocido de 14 cm. de ancho con 1 cm. de aplanado de mortero
en el exterior y losa de concreto medio de 6 cm. de espesor, están pintados con el
mismo color y tienen una acceso orientado al norte de 0.60 x 0.80 m, así mismo el
piso de es de tierra compactada sin acabado.
N

Ilustración 18.- Ubicación de los módulos dentro del Campus.
A
A'
PLANTA TIPO DE MÓDULO
1.50
0.15
0.40
1.50 1.80
0.15
0.06
0.14
CORTE A-A'
0.20
0.80
1.20
Ilustración 19.- Planta y Corte tipo de los módulos experimentales.
Módulo #4
Módulo #3
Módulo #2
Módulo #1

Las actividades realizadas para la calibración de los módulos fue la siguiente:
 Se colocó dentro de cada módulo un dispositivo tipo HOBO, ubicado en el
centro de la cubierta con una separación de 20 cm. (ilustración 20).
 Se tomaron los datos de TBS de un día, adquiriendo datos cada hora;
después se graficaron los datos obtenidos por medio de una hoja de cálculo.
 Se analizaron los resultados, teniendo por objeto que los 4 instrumentos
tengan las mismas lecturas, o con un mínimo margen de error; de caso
contrario se establecería un factor de calibración a cada módulo.
Para la calibración de los módulos se tomaron las temperaturas del módulo 3 como
base, debido a que es el módulo que tiene más exposición respecto a la radiación
solar. Los factores de calibración se realizaron por hora de temperatura, es decir; se
compara la temperatura por hora del modulo base con las temperaturas de esa
Ilustración 20.- Colocación del censor HOBO
dentro de los módulos.

misma hora del los módulos restantes, siendo la diferencia entre estas el factor de
calibración; los detalles de la calibración se encuentran en anexos.
4.5.3 Colocación del dispositivo.
El dispositivo con sus tres variantes de volumen de agua se aplicó sobre la cubierta
de cada uno de los tres módulos experimentales (ilustración 21); el volumen de agua
de cada uno de ellos fue de un 100%, 66% y 33 % (ilustración 22), además el
modulo testigo al cual no se le colocó dispositivo.
Ilustración 21.-Colocación del dispositivo con sus tres variantes
en cada uno de los módulos experimentales y módulo testigo.
100% 66% 33%
testigo

La cubierta de los módulos experimentales tienen 1.5 x 1.5 m. (2.25 m2, medida a
perfiles interiores), cada botella de pet cubrirá un área de 0.031 m2. Se colocaron 64
botellas por módulo, debido a que las dimensiones de la cubierta no corresponden de
manera exacta a las proporciones de las botellas. Las botellas se colocaron
horizontalmente, paralelas a la losa (ilustración 23).
100% 66% 33% Ilustración 22.-Los dispositivos con 100% (2
lts.), 66% (1.33 lts.) y 33% (0.66 lts.) de
volumen de agua, los cuales tienen una
capacidad calorífica de 8.38 Jº/C, 5.59 Jº/C y
2.80 Jº/C respectivamente.

Se realizaron dos etapas en la colocación del dispositivo sobre la cubierta de los
módulos, en una de ellas el dispositivo estuvo en contacto directo con la losa
(ilustración 24), y en la otra evitando el contacto del dispositivo sobre la misma
(“sobrepuestas”) mediante unas tiras de poliestireno de 0.05m x 0.05m x 1.50m
(ilustración 25).
Ilustración 23.-Colocación del
dispositivo sobre la cubierta de
los módulos.
Ilustración 24.- Colocación del
sistema pasivo “En contacto”.

4.5.4 Monitoreo.
Para los datos de temperaturas de cada uno de los módulos y de la temperatura
exterior se utilizaron los dispositivos tipo HOBO colocándose de igual manera dentro
de los módulos como en la calibración; el dispositivo que tomó datos exteriores se
ubicó debajo de una rama de un árbol ubicado en el jardín donde están los módulos
(ilustración 26), se protegió con unas láminas de poliestireno (tipo abrigo) para
protección de factores externos como la lluvia, así como para evitar que tuviera una
incidencia de radiación solar directa y alterara la toma de datos (ilustración 27).
Ilustración 26.-Colocación del HOBO en el
jardín donde se ubican los módulos para la
adquisición de datos exteriores. (Humedad
relativa y temperatura de bulbo seco)
Ilustración 25.- Colocación del
sistema pasivo “Sobrepuestas”.

 La medición de los desempeños térmicos dentro de los módulos se realizó
durante una semana por cada una de las dos etapas del experimento “En
contacto” y “Sobrepuestas”.
 De manera simultánea se realizaron mediciones del desempeño térmico en un
“Módulo Muestra”6
para correlacionarlos con los módulos experimentales, esto
ayudó a establecer la influencia del dispositivo en el desempeño térmico de
los módulos.
 Así también se obtuvieron los datos climáticos del ambiente exterior del lugar
donde están ubicados los módulos dentro de la Facultad de Arquitectura de la
Universidad de Colima para caracterizar el ambiente exterior y
correlacionarlos con los desempeños térmicos de cada uno de los módulos.
Como el interés del experimento es el de analizar el desempeño térmico del
dispositivo, fue necesario aislar las condiciones interiores de las exteriores,
procurando que fueran más marcadas las diferencias del exterior a las del interior.
Por tal motivo durante el monitoreo se cubrió la puerta de cada uno de los módulos
con una lámina de poliestireno de 0.50x0.90x0.02m., de 8:00 a.m. a 8:00 p.m.
(ilustración 28). Así también, como el dispositivo se desempeñará térmicamente con
6
Se entenderá por “Módulo Muestra”, a aquel módulo que no tenga dispositivo pasivo de climatización.
Ilustración 27.-Detalle del “Abrigo” para
protección del HOBO en la adquisición de
datos exteriores. (Humedad relativa y
temperatura de bulbo seco)

un desfase era importante que cuando iniciara la exposición al sol todos los módulos
estuvieran a una misma temperatura y el destapar los módulos por las noches ayudó
a que se enfriaran hasta un punto donde todos al inicio del día estuvieran en igualdad
de circunstancias térmicas.
Ilustración 28.-Colocación de las puertas de poliestireno en los
módulos.

4.5.5 Metodología de evaluación.
Todos los datos obtenidos en el monitoreo fueron expuestos en gráficas;
primeramente se graficaron los resultados de toda la semana para analizar de
manera general el comportamiento de los módulos respecto a las diferentes
temperaturas; posteriormente se realizó la grafica de promedios semanal para
analizar de manera simplificada los resultados generales.
Para el análisis de los datos obtenidos del monitoreo se utilizaron tres tablas, una de
datos generales, la cuál tiene el concentrado de las temperaturas de cada módulo y
del exterior, obteniendo las temperaturas máximas extrema, máxima promedio,
promedios, mínimas promedios, mínima extrema y oscilaciones; otra tabla muestra
los amortiguamientos de cada una de las temperaturas promedios de cada módulo
experimental respecto a las temperaturas del módulo testigo; y por último la tabla de
desfase en la cual se toma el desfase en horas de las temperaturas promedios
máximas de los módulos tanto experimental como testigo respecto a la temperatura
máxima promedio exterior.
Capturada y analizada la información anterior se determinaron dos tipos de
eficiencias, eficiencia absoluta por grados-hora y eficiencia absoluta por
amortiguamientos. La eficiencia al ser absoluta determina que los resultados de los
módulos testigo y experimental están en función de la temperatura exterior.

 Eficiencias por Grados-Hora.
Para determinar la eficiencia por grados-hora primeramente se estableció la
temperatura de neutralidad, para esta investigación la temperatura de neutralidad se
obtuvo mediante la fórmula de Humphreys (Givoni, 1998:34):
La temperatura media se consideró utilizando el promedio estacional de la
temporada de cuando se llevó a cabo cada una de las etapas del experimento.
Una vez determinada la temperatura de neutralidad se obtuvieron los grados-hora de
las oscilaciones promedio semanales de temperaturas de cada uno de los módulos
así como también del exterior. Los grados-hora serán todas aquellas temperaturas
que estén sobre la temperatura de neutralidad de la temporada en cuestión.
Ti= Temperatura interior.
To= Temperatura exterior.
Ilustración 29.- Representación de los grados-hora.
Tn = 2.56 + 0.831*tm
Donde: Tn= Temperatura de neutralidad
Tm= Temperatura media
Tn
Ti
To
Grados-Hora
Temperatura
Tiempo
Tn
Ti
To
Grados-Hora
Temperatura
Tiempo

GH = TBS – Tn
Donde:GH= Grados-Hora
TBS= Temperatura de bulbo seco
Tn= Temperatura de neutralidad
Ya obtenidos los grados-hora, la eficiencia absoluta se obtuvo mediante la siguiente
fórmula (Sánchez, 1993:49):
Donde:GH= Grados-Hora
EA= Eficiencia Absoluta
EA = GH exterior – GH modulo
GH exterior

 Eficiencias por Amortiguamientos.
Para determinar la eficiencia por amortiguamientos de igual manera se utiliza la
temperatura de neutralidad la cual se mencionó anteriormente; a partir de esa
temperatura de neutralidad se establece la temperatura interior máxima (Ti max) y la
temperatura exterior máxima (To max) ver ilustración 30, mediante las cuales se
determina el factor de amortiguamiento (Szokolay, S. 1983:100) de cada uno de los
módulos mediante la siguiente fórmula:
FA = Ti max
To max
Donde: FA = Factor de amortiguamiento
Temperatura
Tiempo
Ti max
To max
Tn
Temperatura
Tiempo
Ti max
To max
Tn

Ti= Temperatura interior.
To= Temperatura exterior.
Ilustración 30.- Representación de la Ti max y To max a partir de la Tn.
Para determinar la eficiencia absoluta por amortiguamiento se toma el complemento
del factor de amortiguamiento de cada uno de los módulos:
EA = 1 – FA módulo
Donde: EA = Eficiencia absoluta
FA = Factor de amortiguamiento

5. Análisis de resultados.
Se realizó una temporada de mediciones del dispositivo, se utilizaron tres variantes
en cuanto a la cantidad de agua, se analizó uno con 100% de agua el cual tiene la
mayor capacidad calorífica y denominaremos M-100, otro con 66% de agua M-66 y el
último con 33% de agua M-33, aparte de los tres módulos experimentales se utilizó
un módulo testigo sin dispositivo el cual se denominará M-T. Se efectuaron dos
etapas del monitoreo, se colocó el dispositivo en contacto con la cubierta y
posteriormente sobrepuesto, que como ya se había mencionado en el capítulo de
“Desarrollo experimental” se colocaron unas tiras de poliestireno entre el dispositivo y
la cubierta.

5.1 Temperaturas de Bulbo Seco ----------------------------------------------------
Analizando las gráficas de temperatura de bulbo seco con el dispositivo en contacto y
sobrepuesto se pueden apreciar las oscilaciones térmicas de cada uno de los
módulos y la de la temperatura exterior, donde sobresale la oscilación de la
temperatura exterior con su mayor amplitud térmica. La temperatura media diaria de
todos los módulos experimentales fueron menores que la media diaria exterior, lo
que representa que el dispositivo ejerce un efecto de enfriamiento, debido al
incremento de la masa térmica que incorpora el dispositivo a la estructura de los
módulos tendiendo a disminuir la amplitud térmica hasta la temperatura media diaria.
Llama la atención que la temperatura media diaria entre el M-100 y el M-66 es
prácticamente la misma; por el contrario la temperatura media diaria del M-T fue
mayor que la exterior, por lo que tiene un desempeño térmico que tiende a
sobrecalentar el espacio interior.

-EN CONTACTO-
Temperatura de Bulbo Seco
Promedio Semanal
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
HORAS
TEMPERATURA°C
1 (TESTIGO)
2 (100% AGUA)
3 (66% AGUA)
4 (33% AGUA)
EXTERIOR
Prom. Ext.
Prom. Testigo
Prom. 100%
Prom. 66%
Prom. 33%
28.52 ºC
27.91 ºC
27.19 ºC 26.89 ºC
26.83 ºC
Temperatura Exterior M. Testigo 100% 66% 33%
Max Ext. 39.89 36.06 32.76 33.59 34.38
Max. Prom. 38.00 34.93 30.44 31.13 31.91
Prom. 27.91 28.52 26.83 26.89 27.19244
Min. Prom. 22.17 24.50 24.29 24.4 24.17
Min.Ext. 20.48 23.62 23.24 23.24 22.85
Oscilación 15.84 10.43 6.15 6.73 7.74
TEMPERATURA DE BULBO SECO
TBS Max Prom. 0 3 5 5 5
DESFASE (hrs.)

-SOBREPUESTAS-
Temperatura de Bulbo Seco
Promedio Semanal
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Horas
Temp.ºC
TESTIGO
100%
66%
33%
EXTERIOR
EXTERIOR PROMEDIO
TESTIGO PROMEDIO
100% PROMEDIO
66% PROMEDIO
33% PROMEDIO
28.93 ºC
27.71 ºC
27.41 ºC
26.41 ºC
26.35 ºC
Max Ext. 39.89 38.16 32.76 33.17 35.21
Max. Prom. 38.06 37.07 31.47 31.76 33.85
Prom. 27.71 28.93 26.41 26.35 27.41
Min. Prom. 21.45 23.19 23.46 23.08 23.40
Min.Ext. 20.09 21.72 22.09 21.71 22.09
Oscilación 16.61 13.88 8.01 8.68 10.45
TBS Max Prom. 0 1 4 4 3
DESFASE (hr.)
Se puede apreciar como la amplitud de las oscilaciones de temperaturas
disminuyeron con el dispositivo, así también el amortiguamiento de las temperaturas
máximas fue mayor. Al parecer existe una tendencia que entre más capacidad
calorífica tiene el dispositivo más amortiguamiento de las temperaturas máximas
consigue, lo podemos ver como el M-100 tiene más amortiguamiento de las máximas

comparado con el M-66 y éste de igual manera presenta más amortiguamiento que el
M-33.
El dispositivo al ser una sobrecubierta recibe en primera instancia la radiación solar,
debido al color blanco en la parte superior del dispositivo una parte de esta radiación
es reflejada y por lo tanto la intensidad de la radiación que incide en el agua
disminuye, el agua del M-33 al tener poca capacidad calorífica es la que más rápido
aumenta su temperatura, energía la cual empieza a radiar por infrarrojos hacia la
cubierta siendo ésta con mayor intensidad que el M-66 y el M-100, por eso se ve en
las gráficas un mayor aumento en las temperaturas durante el día. De la energía
calorífica del dispositivo una parte se transmite por convección al aire existente entre
el dispositivo y la cubierta, por lo que contribuye a que el flujo calorífico hacia la
cubierta de concreto sea menor; solamente en el caso del dispositivo en contacto
existe un aporte de calor por conducción que al parecer representa el aporte más
significativo, si vemos el M-33 cuando está en contacto y sobrepuesto, la
amortiguación respecto al M-T va en función de 3°C en ambos casos, por el contrario
el M-66 y el M-100 cuando están en contacto tienen menos amortiguación de las
máximas respecto al M-T que cuando están sobrepuestos, por lo que el aporte de
calor por conducción el tener más capacidad calorífica es mayor; se puede apreciar
en la gráfica que la diferencia de los amortiguamientos disminuye entre los
dispositivos en función a su capacidad calorífica, sin embargo el M-66 y el M-100
tienen mejor desempeño térmico en función del amortiguamiento de las temperaturas
máximas estando sobrepuesto.
Al comparar las oscilaciones entre los módulos experimentales se puede observar
cómo el M-33 es el que incrementa las temperaturas de manera más rápida y en
mayor medida, siendo que entre el M-100 y el M-66 el desempeño térmico es muy
parecido y que la diferencia en la capacidad calorífica es proporcional entre los tres,
por lo que existe otro factor aparte de la capacidad calorífica que esta alterando las
condiciones en el desempeño térmico del dispositivo en el M-33 y provoca que tenga
una amplitud térmica mayor y por lo tanto un menor amortiguamiento.

Analizando las características geométricas del dispositivo y la cantidad de agua en
cada uno de las variantes, se encontró que la cantidad de agua en el M-33 no cubre
hasta el diámetro del dispositivo (ilustración 31), por lo que permite que incida
radiación infrarroja de mayor intensidad hacia la cubierta, caso que no ocurre en el
M-66 y el M-100, donde cubren completamente el diámetro del cilindro, lo cual podría
dar explicación a porqué el comportamiento del M-33 es tan distante respecto al M-
66 y M-100.
Ilustración 313.- Corte del dispositivo en el que se observan los niveles de agua alcanzados en él.
Si analizamos la eficiencia absoluta por grados hora, que representa la suma de
todas aquellas temperaturas mayores a la temperatura de neutralidad de ésta
temporada, podemos observar como la eficiencia del M-33 efectivamente se ve
disminuida respecto al M-66 y M-100, siendo que entre estos últimos la diferencia en
cuanto la eficiencia es muy poca, lo cual puede confirmar la anterior explicación, así
también las mejores eficiencias del dispositivo las obtuvo estando sobrepuesto.
M-33 M-66

TENDENCIA DE EFICIENCIA ABSOLUTA CONSIDERANDO LOS GRADOS-HORA
8.40
54.08
51.27
41.8341.83
51.27
54.08
8.40
-7.40
60.09
55.27
32.7632.76
55.27
60.09
-7.40
y = -69.547x
2
+ 113.49x + 9.2889
R2
= 0.9883
y = -80.833x2
+ 148.31x - 7.3939
R2
= 1
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
PORCENTAJE DE AGUA EN EL DISPOSITIVO
EFICIENCIA
33% 66% 100% TESTIGO EN CONTACTO SOBREPUESTAS
Si comparamos la eficiencia obtenida entre el M-66 y el M-100 respecto a la cantidad
de agua y el peso que representa esta sobre la losa de concreto y por consiguiente
sobre la estructura del módulo, podemos deducir que el dispositivo más
recomendable es el M-66, porque representa menor peso.
5.2 Amortiguamientos ----------------------------------------------------------------
Para determinar los amortiguamientos de los módulos se utilizó la temperatura de

neutralidad de la temporada, para utilizarla como referencia respecto a la
temperatura máxima promedio de cada uno de los módulos para así después
determinar la eficiencia.
Con esta consideración y observando la gráfica de eficiencias de la temporada,
tenemos en primera instancia que el amortiguamiento de las temperaturas máximas
de los módulos experimentales es notorio respecto al M-T, por lo tanto el dispositivo
ya está cumpliendo una función de amortiguador térmico. Sin embargo entre los
módulos experimentales podemos observar que entre más agua tenga el dispositivo
más eficiente es, es decir, al tener más capacidad calorífica logra retrasar el flujo de
calor hacia la cubierta logrando un amortiguamiento de la oscilación respecto a las
temperaturas máximas. En consecuencia el dispositivo que más amortiguamiento
tuvo tanto en contacto como sobrepuesto fue el M-100 obteniendo las mejores
eficiencias, posteriormente fue el M-66 y el M-33 respectivamente, sin embargo
podemos observar que existe muy poca diferencia entre la eficiencia del M-100 y M-
66. Por lo tanto a partir de un punto la eficiencia no es directamente proporcional a la
cantidad de agua en el dispositivo.
Amortiguamientos “En Contacto”.

Temperatura M. Testigo 100% 66% 33%
Max Ext. 38.61 4.18 5.02 3.35
Max. Prom. 36.89 4.90 5.70 4.21
Prom. 29.27 1.82 1.99 1.82
Min. Prom. 24.12 -0.44 -0.61 -0.12
Min.Ext. 23.24 -0.38 -0.39 0.00
Oscilación 12.77 5.34 6.32 4.32
AMORTIGUAMIENTO
TEMPERATURA DE GLOBO
Tn = 25.6°C Exterior testigo 100% 66% 33%
Ti a partir de la Tn. 12.40 9.33 4.84 5.53 6.31
Factor de
amortiguamiento 0.75 0.39 0.45 0.51
AMORTIGUAMIENTOS 1A TEMPORADA EN CONTACTO
Amortiguamientos “Sobrepuestas”.
TemperaturaExteriorExterior M. Testigo 100% 66% 33%
Max Ext. 39.89 1.73 7.13 6.72 4.68
Max. Prom. 38.06 0.99 6.59 6.30 4.21
Prom. 27.71 -1.22 1.30 1.36 0.30
Min. Prom. 21.45 -1.74 -2.01 -1.63 -1.95
Min.Ext. 20.09 -1.63 -2.00 -1.62 -2.00
Oscilación 16.61 2.73 8.60 7.93 6.16
AMORTIGUAMIENTO
Tn = 25.6°C Exterior testigo 100% 66% 33%
Ti a partir de la Tn. 12.46 11.47 5.87 6.16 8.25
Factor de
amortiguamiento 0.92 0.47 0.49 0.66
AMORTIGUAMIENTOS 1A TEMPORADA SOBREPUESTAS
Tomando como referencia la eficiencia del M-T en la línea polinómica de “en
contacto” y “sobrepuestas”, podemos determinar que estando sobrepuesto el
dispositivo es más eficiente, puesto que la diferencia de eficiencias de cada uno de

los módulos experimentales respecto al M-T es más grande.
EFICIENCIA ABSOLUTA POR AMORTIGUAMIENTOS
61.02
55.42
49.13
24.80
52.89
50.56
33.79
7.98
y = -42.66x2
+ 77.152x + 25.679
R2
= 0.9801
y = -53.78x2
+ 99.218x + 7.7096
R2
= 0.9989
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
PORCENTAJE DE AGUA
EFICIENCIA(%)
EN CONTACTO SOBREPUESTAS Polinómica (EN CONTACTO) Polinómica (SOBREPUESTAS)

Conclusiones.
Conclusiones del experimento preliminar.
La utilización de los colores por el lado de arriba del dispositivo, es decir, realizando
el efecto de sombreado, ofrece mejores resultados para que el dispositivo se
desempeñe como un amortiguador térmico, siendo más eficiente el blanco arriba.
El negro arriba a pesar de que ayudó a incrementar la temperatura del agua dentro
del dispositivo de manera significante, tuvo un desempeño térmico muy similar que el
blanco arriba, siendo que éste fue el que menos temperatura del agua tuvo, por lo
tanto el negro se ratifica como gran emisor.
El que mejor desempeño térmico obtuvo para al amortiguamiento de las
temperaturas máximas del agua dentro de la caja fue el dispositivo blanco arriba, sin
embargo la diferencia en amortiguamientos del que tenia negro arriba fue menor de
0.5°C, esto puede dar buena referencia en cuanto al mantenimiento del dispositivo,
porque si bien se utilizó el blanco aprovechando la reflectividad que tiene, ya
colocado el dispositivo sobre la cubierta de un edificio tiende a opacarse con el paso
del tiempo a causa del polvo y por la misma radiación entre otras cosas, y sin
embargo el desempeño ya sea blanco o negro es muy parecido, por lo tanto se
puede evitar darle un mantenimiento frecuente.
Conclusiones del experimento de evaluación.
En general la adopción de este dispositivo de climatización sobre las losas de
concreto logró amortiguar las temperaturas máximas en los interiores de los
espacios; así mismo, cuando por la noche se abrían las puertas de los módulos y se
permitía una ventilación natural, las temperaturas interiores se igualaron respecto a
las del modulo testigo, por lo que el efecto del dispositivo se manifiesta más bien
durante el día.

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