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• Deyvid De La Cruz Quispe

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NIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA

Acondicionamiento Ambiental Proyecto de Investigación: INFLUENCIA DEL MURO TROMBE EN CUBIERTA (TIPO-AC) EN LA TEMPERATURA INTERIOR DE UNA VIVIENDA AUTORES

: Cruz Payano Franklin Vonn De la Cruz Quispe Deyvid Escobar Carhuancho Alexandra Quispe Cisneros Katia Isabel Mego Salazar Euler Olivera Hospinal Joe

DOCENTE

: Arq. Carlos Santa María Chimbor.

HUANCAYO – PERÚ 2018 – I

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CONTENIDO

CAPITULO I: ................................................................................................ 3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........... Error! Bookmark not defined. 1.1. DESCRIPCION DEL PROBLEMA. ..................................................... 3 1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA .................................................... 3 1.3. JUSTIFICACION DEL PROBLEMA ................................................... 3 1.4. OBJETIVOS ........................................................................................ 4 CAPITULO II: ............................................................................................... 5 MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 5 2.1. ANTECEDENTES: ........................................................................... 5 2.2. MARCO CONCEPTUAL .................................................................. 8 2.3.

MARCO TEÓRICO ........................................................................ 11

2.4.

TIPOS ............................................................................................ 12

2.5.

HIPOTESIS GENERAL ................................................................. 16

2.6.

VARIABLES .................................................................................. 16

CAPITULO III ............................................. Error! Bookmark not defined.7 3 .1 MARCO METODOLOGICO ................................................................ 17 CAPITULO IV............................................................................................. 18 ADMINISTRACIÓN DEL PROYECTO ....................................................... 18 4.1 MATERIALES Y PRESUPUESTO ...................................................... 18 4.2 MODELO DEL PROYECTO ................................................................ 19 4.3 CRONOGRAMA .................................................................................. 19 CAPITULO V.............................................................................................. 22 ANEXOS .................................................................................................... 23

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CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DE PRO BLEMA 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA : Huancayo es una de las ciudades con mayor variación de tiempo en nuestro país , pues su ubicación crea distintas temporadas, por los factores geográficos del lugar, el cual crea un compromiso importante para determinar un sistema para incrementar la temperatura en el espacio interior y lograr el confort térmico del lugar .

1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA: ¿En cuánto ayudaría el sistema de Muro Trombe en Cubierta (TIPO-AC) en el incremento de temperatura de un ambiente? 1.3. JUSTIFICACION DEL PROBLEMA: -SOCIAL, se solucionaría el friaje con una economía mínima, ayudaría a incrementar la temperatura del ambiente. -ECONOMICO, ayudara este sistema bioclimático en la economía ya que es un sistema natural que hace uso de materiales reciclados haciendo uso de una economía mínima. -METODOLOGICO, se usarán fichas y cuaderno de campo para poder registrar la variación de las temperaturas, lo cual servirá como antecedente para posibles investigaciones posteriores.

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1.4. OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL 

Determinar en cuanto ayudaría el sistema de Muro Trombe en Cubierta (TIPO-AC) en el incremento de temperatura de un ambiente.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Diseñar una cubierta (TIPO-AC) de sistema bioclimático y construirlo.



Medir la temperatura interior del ambiente con y sin la cubierta (TIPOAC).



Determinar si el sistema del muro trombe en cubierta (TIPO-AC) favorece al incremento de la temperatura interior de la vivienda.

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CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES 2.1.1. ANTECEDENTES INTERNACIONALES A. Según Astudillo (2009), en su tesis titulada “Los Materiales de construcción y su aporte al mejoramiento del confort térmico en viviendas periféricas en la ciudad de Loja” , cuyo propósito fue; Analizar el comportamiento térmico de los materiales de construcción utilizados en viviendas de la ciudad de Loja estableciendo si su disposición y su uso permiten un adecuado intercambio de temperatura con el exterior con el fin de lograr ambientes térmicamente confortables para sus habitantes, con las correctas estrategias de diseño y de uso de materiales. En base al estudio realizado se pudo concluir lo siguiente: • Una vez realizado el análisis y diagnóstico de los materiales de construcción utilizados en vivienda se pudo observar un desconocimiento en cuanto a su uso y disposición en las diferentes fachadas, ya que se ignora o se pasa por alto conceptos muy elementales de iluminación y ventilación natural, así como de solsticios y equinoccios, resultando diseños inadecuados a la orientación del sol, lo que degenera la calidad de vida de los habitantes de una vivienda que muchas de las veces terminan acostumbrándose a vivir en estas condiciones. • En la mayoría de las viviendas, los profesionales no emplean los materiales adecuadamente, utilizándolos para crear una envolvente que muchas veces

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resultan en formalismos, al crear por ejemplo áreas acristaladas hacia la fachada principal en la que incide directamente la radiación solar creando inconformidad y recurriendo a mecanismos no arquitectónicos como las cortinas. • Hasta el momento, la inexistencia de normativas, códigos o parámetros, ha dificultado mejorar las condiciones de confort térmico en una vivienda hecho que no se traduce en un diseño óptimo para nuestras condiciones climáticas locales. • Con el estudio realizado se pudo determinar estrategias de diseño y de materiales para mejorar la calidad térmica de los ambientes de una vivienda y mejorar la calidad de vida de sus habitantes, que a su vez sirvan de pauta para futuras ampliaciones del tema aquí propuesto y contribuyan a una arquitectura comprometida con el hombre y su entorno. Según Zarco (2017) en su tesis titulada “Modelación numérica de un muro trombe en una vivienda en el norte de Chile”, cuyo objetivo fue : Determinar la distribución de temperatura en una habitación de la vivienda utilizando muro Trombe Escalonado en pared y cubierta en régimen transigente, donde se concluye que se utiliza una masa acumuladora importante en la cubierta del edificio siendo la época de invierno la etapa más crítica el sistema capta la radiación, se calienta y la transfiere al interior como radiación de onda larga.

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2.1.2. ANTECEDENTES LOCALES Según Pomaya (2013) en tu tesis titulada “Uso del muro trombe para el confort térmico de un terminar terrestre en Huancayo”, cuyo propósito fue; Proponer el uso del muro trombe para el confort térmico en el terminal terrestre para Huancayo. En base a lo estudiado se pudo concluir que: Ante la hipótesis de la investigación "Con el uso del muro trombe se puede lograr el confort térmico en un terminal terrestre para Huancayo", se puede concluir que es verdadera, ya que el análisis de sus tres preguntas específicas, responden a los objetivos de la investigación. Las respuestas citan a los ambientes interiores, las cuales en sus diferentes usos también puede ser aplicable no solo a ambientes pequeños, sino también a espacios interiores amplios como las salas de espera de los terminales terrestres, esto se confirma con los ejemplos analizados a nivel mundial.

Según Payano (2014) en su tesis titulada “Espacio arquitectónico y confort térmico de los usuarios de la I.E. San José - Perene”, cuyo propósito fue; Establecer como los espacios arquitectónicos afectan en el confort térmico de los usuarios de la I.E. San José – distrito de Perene. En base a lo estudiado se pudo concluir: El proyecto colegio de Perene responde al problema inicial de las necesidades de confort térmico para el funcionamiento adecuado de las aulas, talleres,

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laboratorios, centros de informática, y oficinas de administración, con esta finalidad se ha planteado en el proyecto los sistemas bioclimáticos de refrigeración, y sistemas de ventilación natural para lograr que dichas áreas educativas se encuentren dentro de los límites de confort obtenidos en el proceso de investigación, haciendo uso y aprovechando los recursos naturales existentes en la zona y con una adecuada tecnología que no sean ajenas al medio natural manteniendo el equilibrio ecológico.

2.2. MARCO DE CONCEPTUAL: 

Confort térmico: El Confort térmico se define como aquella condición de la

mente que expresa satisfacción con el ambiente térmico, también se define como “la ausencia de irritación o malestar térmico”. Así mismo en la Arquitectura se han analizado parámetros, tablas, pautas de diseño tomando en cuenta los niveles de confort del usuario; obviando los más difíciles de cuantificar como pueden ser los factores sociales y culturales. 

La temperatura: la temperatura de confort no es la única que las personas

pueden considerar confortable. Existen variaciones posibles alrededor de dicha temperatura sin que causen disconfort a las personas. La magnitud de la variación posible depende del tiempo de adaptación. Es por ello que, cuando mayor sea la adaptación, más fácilmente podrá cambiar después sin que el disconfort se incremente significativamente. 

Aislamiento térmico. - “El aislamiento térmico dificulta el paso del calor por

conducción o convección, dependiendo de la ubicación del aislamiento, del interior

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al exterior del edificio y viceversa. Por ello es mucho más eficaz cuando en el exterior se registran altas variaciones de temperatura.” Los materiales porosos o poco densos son buenos para conseguir aislamiento térmico, ya sea colocado interna o externamente. Las áreas acristaladas funcionan de manera muy eficaz para captar la luz y la radiación solar, pero en la noche se convierten en importantes sumideros de calor hacia el exterior por conducción y convección. En este sentido un doble acristalamiento funciona mejor ante las pérdidas de calor por las noches, pero también se pierde captación solar en el día. 

Radiación Solar

Movimientos de la Tierra y variaciones atmosféricas: Por todos es sabido que el sol es la fuente principal de energía (calor) que regula los fenómenos meteorológicos. La tierra con relación al sol realiza dos movimientos: el de traslación y el de rotación que tienen un vínculo con el tiempo atmosférico, el clima y sus variaciones. 

La humedad relativa (HR).

“La humedad relativa, es la razón entre el contenido efectivo de vapor en la atmósfera y la cantidad de vapor que saturaría el aire a la misma temperatura.” La cantidad de humedad en el aire puede ser capaz de determinar la sensación térmica de manera contraria ya que, en un ambiente muy caliente, al aumentar la humedad relativa, impide que el cuerpo humano pierda calor por evaporación de agua, pero si son muy bajos, el cuerpo se deshidrata. Se estima que la humedad relativa debe oscilar entre los 30 y 70% en temperaturas entre los 15 y 30o

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C.



Corriente del aire (V).

Las corrientes ambientales son una preexistencia de la naturaleza, que tiene como funciones principales, refrescar y ventilar los ambientes interiores, reduciendo la humedad y conservando ambientes más sanos, por lo tanto, su influencia en las personas es fundamental ya que influye en su confort térmico, dependiendo de su intensidad y su frecuencia. 

La temperatura de radiación (Tmr).

“Se la define como la temperatura media irradiada por las superficies que componen un espacio interior”. En Arquitectura la temperatura que irradia los muros, paredes y piso serán primordiales en la sensación de frío o calor que el cuerpo percibe en un local, independientemente de la temperatura del aire. Por lo tanto, estas superficies al irradiar calor van incrementar la temperatura del local, y si la sumatoria de dichas temperaturas es mayor a la temperatura corporal del ser humano, éste sentirá calor, y si la sumatoria es menor, el cuerpo sentirá frío. Se puede sentir confortable a temperaturas bajas, cuando la temperatura de radiación es alta, es decir, en un día frío, podemos sentirnos agradables si estamos en un ambiente exterior recibiendo el sol de mediodía, o un ambiente interior en el que o

la temperatura es baja (15 C), pero las superficies de las paredes se encuentran o

calientes (22 C). 

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Densidad (ρ): masa de material por unidad de volumen: ρ = m / V (kg/m ).

Calor específico (C): cantidad de energía necesaria para aumentar en 1 ºC la temperatura de 1 kg de material. Indica la mayor o menor dificultad que presenta una sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de

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calor. Los materiales que presenten un elevado calor específico serán buenos aislantes. Sus unidades del Sistema Internacional son J/(kg·K), aunque también se suele presentar como kcal/(kg·ºC); siendo 1 cal = 4,184 J. Por otra parte, el producto de la densidad de un material por su calor específico (ρ · C) caracteriza la inercia térmica de esa sustancia, siendo esta la capacidad de almacenamiento de energía. 

Conductividad térmica (k): capacidad de un material para transferir calor. La

conducción térmica es el fenómeno por el cual el calor se transporta de regiones de alta temperatura a regiones de baja temperatura dentro de un mismo material o entre diferentes cuerpos. Las unidades de conductividad térmica en el Sistema Internacional son W/(m·K), aunque también se expresa como kcal/(h·m·ºC), siendo la equivalencia: 1 W/(m·K) = 0,86 kcal/(h·m·ºC). 

Difusividad térmica (α): caracteriza la rapidez con la que varía la temperatura

del material ante una solicitud térmica, por ejemplo, ante una variación brusca de temperatura en la superficie. Se puede calcular mediante la siguiente expresión: 2

α = k / (ρ · C) (m /s) 2.3 MARCO TEÓRICO: 2.3.1

MURO TROMBE

El muro Trombe es un sistema de calefacción creado en Francia [8] en el año 1957 por Felix Trombe y Jacques Michel. De acuerdo a lo visto en secciones anteriores, el muro Trombe se puede definir como un sistema pasivo de calentamiento indirecto que provee un alto rendimiento al sistema, posee pequeñas fluctuaciones térmicas y, además, los mecanismos de control son simples.

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En la Figura 3.6 se aprecia una vivienda equipada con un sistema de muro Trombe en la que el muro está orientado hacia el norte y se encuentra paralelo a una superficie acristalada situada por la cara exterior del muro. Los elementos señalados en el párrafo anterior son los que convierten al muro Trombe en un buen captador, acumulador y regulador de calor. A continuación, se entrega un detalle de 2 variantes del muro Trombe: clásico y Michel. 2.4. T I P O S 2 . 4 . 1 . Muro Trombe Clásico El muro Trombe Clásico está compuesto por una pared maciza situada a una distancia pequeña de la superficie acristalada. En el caso de la termocirculación, la pared maciza absorbe el flujo radiativo que atravieza el vidrio. La pared transfiere una parte del flujo hacia el interior por conducción. El calentamiento del aire que entra en contacto con la pared da lugar a convección natural, que entra por el ducto inferior de ventilación y vuelve al espacio habitable tras pasar por el ducto superior de ventilación. El diseño Clásico del muro Trombe presenta dificultades con las que se debe lidiar.

Baja resistencia térmica: cuando una pequeña cantidad de la energía solar es absorbida por la pared, por ejemplo, durante la noche o prolongados períodos nublados, provoca que algunos flujos de calor se transfieren desde el interior hacia el exterior. Lo anterior trae como consecuencia la pérdida de calor excesivo del edificio.

Fenómenos inversos termosifón se producen durante el invierno, en la noche o en días nublados. Cuando la pared está más fría que la temperatura

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interior, la circulación de aire se produce de manera inversa, es decir, desde el ducto de ventilación superior hacia el ducto de ventilación inferior. La consecuencia es que el aire se enfría y, por lo tanto, disminuye la temperatura ambiente en el recinto a calefaccionar. La incertidumbre de la transferencia de calor debido al movimiento del aire en recintos cerrados calentados por energía solar. La intensidad solar no es constante y periódica. Entonces, cualquier cambio en la intensidad solar podría causar fluctuaciones de la temperatura de la pared. La influencia del ancho del canal y las dimensiones de la entrada y las aberturas de salida afectan el proceso de convección y, por lo tanto, afectan al rendimiento global de calentamiento. Bajo valor Estético. Existen estudios que han sido llevados a cabo pensando en mejorar el muro Trombe en tres aspectos: control de entrada y salida del aire, diseños de aislamiento térmico y diseños del canal de aire. A modo de ejemplo, un par modificaciónes que se le puede hacer al diseño es la instalación de visagras regulables en el cristal y respiraderos ajustables en la pared, Esto puede ser beneficioso para calefacción en invierno y refrigeración en verano. Obviamente, en invierno las bisagras permanecen cerradas. Sin embargo, en verano tanto el ducto de ventilación superior y la bisagra A se cierran, pensando en refrigerar. La fuerza de empuje generada por el calentamiento solar de aire entre la pared maciza y el vidrio extrae el aire caliente que proviene del ducto de ventilación inferior y lo expulsa al exterior a través de la bisagra.

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2.4.2.

MURO TROMBE-MICHEL

El funcionamiento de un muro Trombe-Michel es similar al del muro Trombe Clásico. La diferencia radica el que el segundo induce a importantes pérdidas de calor debido a la baja resistencia térmica de la pared maciza. Se puede remediar esto usando una pared compuesta, que actúa como aislador si se sitúa detrás de la pared maciza. La energía térmica puede ser transferida desde el exterior hacia el interior por conducción a través de la pared maciza. Luego, se produce convección natural y el aire comienza a circular por termocirculación entre la pared maciza y la pared aislante. En los días nublados o en invierno, los ductos de la pared aislante se pueden cerrar y por lo tanto, debido a una mayor resistencia térmica que presenta este diseño, el flujo térmico (perdidas) desde el interior hacia el exterior se reduce.

2.4.3. MURO TROMBE EN CUBIERTA En este sistema se utiliza la energía de la radiación solar para la extracción del aire. Al igual que la pared Trombe dispone de un vidrio y un captador de superficie oscura (muro de hormigón, ladrillo o piedra en pared Trombe) entre los que se sitúa una cámara de aire, su funcionamiento también se basa en los principios de la convección natural. Las cámaras solares se orientan hacia la máxima intensidad de radiación solar.

2.4.4

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Los rayos solares que penetran a través del vidrio lo hacen con un rango de longitudes de onda correspondiente al intervalo 0, 3 − 3 [μm]. Considerando el espectro electromagnético, se infiere que se está dentro de la luz visible, con un pequeño rango dentro del espectro ultravioleta y otra parte dentro del espectro infrarrojo.

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Luego de atravesar el vidrio, los rayos solares son absorbidos por el muro sólido, que al estar caliente emite radiación electromagnética con longitudes de onda en el intervalo 4 − 30 [μm]. Tal como se hizo anteriormente, se emplea la Figura 3.11 y se puede comprobar que tal intervalo de longitudes de onda corresponde al infrarrojo, muy alejado del espectro visible. Para las longitudes de onda mencionadas en el párrafo anterior, se tiene que el vidrio es totalmente opaco y por lo tanto la absorbe en su totalidad, de modo que el aire del colector se calienta y se produce termocirculación, pues al elevar la temperatura el aire se hace menos denso.

2.4.5 CARACTERÍSTICAS DEL MURO TROMBE EN CUBIERTA 

Facilidades de construcción. Relativamente fácil de incorporar en la construcción de la estructura como un muro de carga, interno o externo.



Sistema de captación solar pasiva: No tiene partes móviles y poco o ningún tipo de mantenimiento.



No se requiere combustible. Puede reducir la factura de calefacción en gran proporción. No contamina el ambiente.



Confort térmico. Irradia en el infrarrojo, que es más penetrante y agradable que los tradicionales sistemas de calefacción de aire forzado.



Las temperaturas interiores son más estables que en la mayoría de los sistemas pasivos .

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2.5 HIPÓTESIS GENERAL El muro trombe en cubierta (TIPO-AC) ayudará al incremento de temperatura interna de la vivienda generando confort al usuario. 2.6 VARIABLES DE TRABAJO VARIABLE Muro Trombe en Cubierta (TIPO-AC)

INDICADOR Temperatura Interior

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CAPITULO III MARCO METODOLOGICO

3.1.

TIPO 

3.2.

NIVEL 

3.3.

Muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

MUESTRA 

3.6.

No experimental – Transaccional descriptivo

POBLACIÓN 

3.5.

Descriptivo

DISEÑO 

3.4.

Aplicada

No hay

VIABILIDAD Y FACTIBILIDAD DEL PROYECTO 

Si es viable el proyecto en cuanto a la obtención de los materiales ya en su mayoría son del medio natural y en cuanto al parabrisas lo reusaremos.

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CAPITULO IV ADMINISTRACIÓN DEL PROYECTO

4.1

MATERIALES Y PRESUPUESTO

MATERIAL

CANTIDAD

PRECIOS UNITARIOS

precio total

2 1 1 1 3 2 1 1 1 1 1

S/.60.00 S/.12.00 S/.12.00 S/.10.00 S/.50.00 S/.10.00 S/.30.00 S/.7.00 S/.5.00 S/.10.00 S/.10.00 S/.12.00

S/.120.00 S/.12.00 S/.12.00 S/.10.00 S/.150.00 S/.20.00 S/.30.00 S/.7.00 S/.5.00 S/.0.00 S/.10.00 S/.12.00

2k 5k 1/4k 3k 1 1

S/.12.00 S/.12.00

S/.12.00

parabrisas lampas picos carretilla guantes de seguridad guantes de hule papel aluminio badilejo rollo de plastico madera arco y sierra flexometro

INSUMOS yeso arcilla paja- ichu piedras pintura negra tubo pvc 2" HERRAMINETAS termostato termometro hidrometro escalera

1 1 1 1 TOTAL

alquiler 30 alquiler 30 alquiler 30 alquiler 10

S/.30.00 S/.30.00 S/.30.00 S/.10.00 S/.500.00

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4.2

MODELO MURO TROMBE EN CUBIERTA (TIPO-AC)

4.3

CRONOGRAMA

FECHA

DESCRIPCION

29/05/2018-

ELABORACION DEL TRABAJO DE INVESTIGACION

11/06/2018

11/06/2018-

UBICACIÓN DEL LUGAR DE TRABAJO/ SOLICITAR

19/06/2018

PERMISOS PARA LA EJECUCION DEL PROYECTO.

19

19/06/2018-

ADQUISICION DE MATERIALES

22/06/2018

MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA INTERIOR DE LA VIVIENDA SIN EL MURO TROMBE (TIPO-AC) Y CUBIERTA (TIPO-AC)

6:00 am

Temperatura interior sin muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

23/06/2018-

10:00 am

Temperatura interior sin muro trombe en

26/06/2018

cubierta (TIPO-AC)

12:00 pm

Temperatura interior sin muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

3:00 pm

Temperatura interior sin muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

6:00 pm

Temperatura interior sin muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

9:00 pm

Temperatura interior sin muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

20

12:00 am

Temperatura interior sin muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

27/06/2018

TRASLADO DE MATERIALES

30/06/2018-

EJECUCIÓN DEL PROYECTO

02/07/2018

MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA INTERIOR DE LA VIVIENDA CON EL MURO TROMBE (TIPO-AC) Y CUBIERTA (TIPO-AC)

6:00 am

Temperatura interior con muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

06/07/2018-

10:00 am

Temperatura interior con muro trombe en

10/07/2018

cubierta (TIPO-AC)

12:00 pm

Temperatura interior con muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

3:00 pm

Temperatura interior con muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

6:00 pm

Temperatura interior con muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

21

9:00 pm

Temperatura interior con muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

12:00 am

Temperatura interior con muro trombe en cubierta (TIPO-AC)

11/07/2018

OBTENCIÓN Y COMPARACIÓN DE RESULTADOS

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CAPITULO V ANEXOS

DETALLES DE LA CONSTRUCCIÓN DE 2 CALEFACTORES NATURALES TIPO TROMBE REALIZADOS EN LA COMUNIDAD DE JAYLIHUAYA

FOTO Nº1: CAMADA DE ADOBES TEÑIDOS CON CENIZA PARA OSCURECER LA SUPERFICIE DE LA CAMADA

FOTO Nº2: DETALLE DE TABIQUES DE MADERA AJUSTADOS CON YESO PARA EVITAR CIRCULACIÓN DE AIRE INNECESARIA Y POR ENDE LA PÉRDIDA DEL CALOR

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