Acrylic-Resin-Bioplastic Thermochromic by Pablo Suing

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja

ÁREA TÉCNICA TITULO DE ARQUITECTO

Prototipo de envolvente arquitectónica paramétrica y dinámica en edificios. Caso de estudio: edificio 9 UTPL. TRABAJO DE TITULACIÓN.

AUTOR(ES): Suing Bravo, Pablo Israel Torres Valdivieso, Yulissa Nathaly DIRECTOR: Burneo Valdivieso, Xavier Eduardo, Dr. Arq.

LOJA - ECUADOR 2017

APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

Doctor, Arquitecto. Xavier Eduardo Burneo Valdivieso DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN De mi consideración:

El presente trabajo de fin de titulación: "Prototipo de envolvente arquitectónica paramétrica y dinámica en edificios. Caso de estudio: edificio 9 UTPL" realizado por Suing Bravo Pablo Israel y Torres Valdivieso Yulissa Nathaly, ha sido orientado y revisado durante su ejecución, por cuanto se aprueba la presentación del mismo. Loja, octubre de 2017.

f. .................................................. Dr. Arq. Xavier Eduardo Burneo Valdivieso

iii

DECLARATORIA DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

"Nosotros Suing Bravo Pablo Israel y Torres Valdivieso Yulissa Nathaly declarámos ser autores del presente trabajo de titulación: Prototipo de envolvente arquitectónica paramétrica y dinámica en edificios. Caso de estudio: edificio 9 UTPL, de la Titulación de Arquitectura, siendo Burneo Valdivieso Xavier Eduardo, Dr. Arq. director del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico que las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo, son de nuestra exclusiva responsabilidad. Adicionalmente declaramos conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”

f. .................................................. Suing Bravo Pablo Israel

f. .................................................. Torres Valdivieso Yulissa Nathaly

DEDICATORIA

A Dios y Bahá'u'lláh por ser siempre la luz en el camino.

Si uno es la mente maestra, el otro es la luz que guia las ideas a un plano terrenal, cuando la mente ya no tiene donde entelequiar, esta se refugia en el hecho y no en la idea. A mi madre Natividad que aparte de darme la vida ha dado su vida, a mis padres: Carlitos por ser más que un abuelo y Pacífico por su ejemplo esporadico que hizo que sea quien soy. A mi familia de sangre cruzada, a mis hermanas y hermanos de vientre no compartido; y a todos los que han generado imaginación y fuerza para ser libre. Pablo.

A Dios, por ser mi guía siempre y regalarme la paciencia y fortaleza para culminar esta etapa de mi vida. A mis padres Rogelio y Susana quienes con su apoyo y sacrificio siempre me alentaron a seguir adelante. A mis hermanos Juan José y Valentina por siempre estar ahí. Para mi Martín, la mayor felicidad de mi vida, quien me motivo siempre a salir adelante y a esforzarme, este logro es para ti hijo mío.

A toda mi familia y amigos, esto también es para ustedes. Yulissa.

vii

AGRADECIMIENTO

A Dios,

A nuestros padres por ser pilar fundamental en el transcurso de nuestras vidas,

A Xavier por ser guĂa, amigo y tutor,

A Cristian y Eduardo por aportarnos con su experiencia profesional, tĂŠcnica e ideas,

A nuestros familiares y amigos,

A todos, gracias totales.

ÍNDICE DE CONTENIDOS CARATULA i APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN

iii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

DEDICATORIA vii AGRADECIMIENTO

ÍNDICE DE CONTENIDOS

RESUMEN

ABSTRACT

INTRODUCCIÓN 5 CAPÍTULO 1. Sistemas y materiales en envolventes arquitectónicas

1.1.

Sistema en envolventes arquitectónicas

1.1.1. Sistema estructural

1.1.2. Sistema cinético

1.1.3. Sistema digital

1.1.3.1.

Domótico

1.1.3.2.

Inmótico

1.1.4. Sistema paramétrico

1.1.4.1.

Software

23 24

1.1.4.1.1. Rhinoceros

1.1.4.1.2. Grasshopper

1.1.5. Sistema natural

1.1.5.1.

Analogías de la naturaleza

1.1.6. Otros sistemas

27 32

1.1.6.1.

Sistema tensegridad

1.1.6.2.

Sistema sinérgico

1.2.

Materiales inteligentes en envolventes arquitectónicas

1.2.1. Polímeros con memoria de forma (Smp)

1.2.2. Polímeros electroactivos (Eap)

1.2.3. Materiales con memoria de forma magnética (Msma- Fsma)

1.2.4. Materiales piezoeléctricos

37 xi

1.2.5. Cerámicas con memoria de forma (Smc)

1.2.6. Aleaciones con memoria de forma (Sma)

1.2.7. Composites híbridos de aleaciones con memoria de forma

1.2.8. Pintura termocrómica

CAPÍTULO 2. Materialidad, metodología y experimentación

Experimentación de software

2.1.1. Geometría de la estructura: Voronoi

2.1.2. Desarrollo de la estructura: Grasshopper

2.1.3. Análisis de la estructura

2.1.

2.2. Materialidad

2.2.1. Acrílico

2.2.2. Resina acrílica

2.2.3. Bioplastic

2.2.4. Pintura termocrómica

2.3.

Metodología: Triple abaníco

2.4.

Prototipos

2.4.1. Acrilic-thermochromic

2.4.2. Bioplastic-thermochromic

2.4.3. Conclusiones

2.4.4. Recomendaciones

CAPÍTULO 3. Propuesta

Análisis del sitio

3.1.1. Condiciones medioambientales en Loja

3.1.

3.1.1.1.

Radiación solar

3.1.1.2.

Declinación solar

3.1.1.3.

Incidencia solar

3.1.1.4.

Soleamiento

3.1.1.5.

Precipitación de agua

3.1.1.6.

Vientos

3.1.1.7.

Temperatura

3.1.1.8.

Conclusiones

3.2.

xii

Propuesta

3.2.1. Propuesta digital: Estructura del Voronoi

3.2.2. Pruebas de estructura y relleno

3.2.2.1.

3.2.2.1.1.

3.2.2.2.

Etapa 1

Etapa 2

3.2.2.2.1.

3.2.2.3.

Conclusiones

Etapa 3

90 90 100 101 108 109

3.2.2.3.1.

Conclusiones

142

3.2.2.3.2.

Recomendaciones

142

3.2.2.4.

Etapa 4

143

3.2.2.4.1.

Conclusiones

175

3.2.2.4.2.

Recomendaciones

175

3.2.3. Prototipo

176

3.2.3.1.

Procedimiento: Desarrollo de la estructura

176

3.2.3.2.

Procedimiento: Desarrollo del relleno

183

3.2.4. Discusiรณn de resultados con Juan Monjo

193

3.2.5. Anรกlisis UV

209

3.2.6. Movimiento

211

CONCLUSIONES

219

RECOMENDACIONES

221

FUTURAS INVESTIGACIONES

223

BIBLIOGRAFร A 225 ANEXOS

228

xiii

TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN RESUMEN Se realiza 3 prototipos, bioplastic-thermochromic, acrilic-thermochromic y resin-thermochromic, para la protección de rayos UV partiendo del análisis y aplicación del sistema cinético, digital, paramétrico y natural, teniendo como condicionantes el índice UV, la declinación solar y la orientación del edificio. La experimentación de herramientas digitales, paramétricas y de fabricación digital nos permite crear una estructura Voronoi con alto índice elástico que permita sostener los diferentes rellenos. Se concluye con los paneles a escala 1:1, se realiza una análisis de resultados propuestos por el Dr. Juan Monjo, tablas de datos de rayos UV comparativas con un vidrio con filtro UV y finalmente se crea un código en Arduino para darle movimiento de acuerdo a la declinación solar y los rayos UV el mismo que es aplicable a toda la ciudad de Loja en fachadas este-oeste. PALABRAS CLAVES: sistemas, protección UV, materiales inteligentes, Voronoi, envolventes dinámica.

TRABAJO DE FIN DE TITULACIĂ&#x201C;N ABSTRACT It is made of 3 prototypes, bioplastic-thermochromic, acrilic-thermochromic and resin-thermochromic, for the protection of UV rays from the analysis and application of the kinetic, digital, parametric and natural system, having as conditioning factors the UV index, solar decline and orientation of the building. The experimentation of digital, parametric and digital manufacturing tools allows us to create a Voronoi structure with a high elastic index that allows the different fillings to be supported. It concludes with the panels at 1: 1 scale, performs an analysis of results proposed by Dr. Juan Monjo, comparative UV data tables with a glass with UV filter and finally create a code in Arduino to give you movement of according to solar declination and UV rays the same that is applicable to the entire city of Loja on east-west facades. KEYWORDS: systems, UV protection, intelligent materials, Voronoi, dynamic envelopes.

TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN INTRODUCCIÓN En el presente trabajo de fin titulación se elabora un prototipo de envolvente arquitectónica paramétrica y dinámica en edificios, dando una solución puntual al problema de radiación solar que genera des-confort y problemas de salud, devolviendo al ser humano unas condiciones habitables próximas al clima natural, siendo éstas idóneas para el desempeño de tareas vitales y sociales. En la ciudad de Loja la incidencia solar ha llegado a alcanzar los 17 UV según el INAMHI, siendo los 11 UV el mínimo recomendado por la Organización Mundial de Salud (OMS), esta cifra es la más alta que puede soportar el ser humano. En los edificios de la UTPL no existe una protección solar en la orientación este-oeste, y si éste lo posee son con elementos que no permiten el paso de la luz, como persianas, lamas, brisolei, etc., dando una solución temporal y no autónoma al problema planteado. El principal interés de desarrollo del trabajo de fin de titulación es continuar con la investigación en un tema de tesis planteado anteriormente “Envolventes arquitectónicas cinéticas con sistemas mecánicos aplicados a la protección solar en las fachadas de vidrio”, evolucionando de esta manera en el procedimiento, metodología, sistemas, diseño y materialidad, logrando la implementación de nuevas condicionantes físicas y naturales. Para la investigación se realizaron dos métodos, teórico y empírico; en el teórico se buscó los diferentes sistemas que se pueden aplicar a las envolventes arquitectónicas y en lo empírico se experimentó en la fabricación de los prototipos hasta llegar al perfeccionamiento según las necesidades y requerimientos que fueron evolucionando paralelamente con la tesis. Como objetivos se planteó: primero comprender los sistemas y materiales en envolventes cinéticas arquitectónicas, segundo experimentar con prototipos de envolventes con herramientas digitales paramétricas y de fabricación digital, tercero proponer un prototipo de envolvente en escala 1:1 para el Edificio 9 de la UTPL. En el primer capítulo se hace un estudio del arte profundizando los diferentes sistemas aplicables a envolventes arquitectónicas, tales como el estructural, cinético, digital, paramétrico y natural; también se analizó materiales inteligentes utilizados en prototipos ya desarrollados. En el segundo capítulo se experimentó con la geometría en el software para obtener una analogía con la naturaleza dando como resultado una estructura voronoi que surge a partir de componentes y parámetros modificados en el plug-in Grasshopper del programa Rhinoceros; a dicho resultado se aplicó materialidad para el desarrollo de prototipos experimentales. En el tercer capítulo se ejecuta la propuesta, partiendo de la problemática ambiental, continuando con el desarrollo de la estructura y relleno del prototipo. Se discute los resultados obtenidos con la metodología planteada por Juan Monjo y se realiza un análisis de UV para comprobar la hipótesis; finalmente se da movimiento al mismo con un sistema autónomo de 5

TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN arduino partiendo de los datos de la declinación solar en Loja, obteniendo que el panel tenga una dirección perpendicular a los rayos del sol de acuerdo a cada día del año. El trabajo concluye teniendo como resultado que el panel permite el paso de la luz disminuyendo en un 75% - 90% el paso de los rayos UV, dependiendo del material de relleno.

TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Desarrollar un prototipo de envolvente arquitectónica paramétrica y cinética en fachadas de vidrio en la UTPL. OBJETIVOS ESPECÍFICOS •

Comprender los sistemas y materiales en envolventes cinéticas arquitectónicas

•

Experimentar con prototipos de envolventes con herramientas digitales y paramétricas y de fabricación digital, para solucionar las condiciones formales y ambientales.

•

Proponer un prototipo de envolvente en escala 1:1 para el Edificio 9 de la UTPL.

HIPÓTESIS La utilización de Arquitectura Cinética – Paramétrica desarrolladas con tecnologías y fabricación digital permitirá desarrollar elementos formales y manejar el comportamiento de rayos UV en la fachada del edificio.

CAPÍTULO I: SISTEMAS Y MATERIALES EN ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS.

Figura 1. Abejas, huevo, panal.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: pixabay.com/

1.1.

SISTEMAS EN ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS

SISTEMA Sistema: Conjunto de interrelaciones ordenadas y persistentes dentro de un todo, que plantea su coherencia por medio de leyes de composición, organizándose y definiéndose,… Los sistemas se abstraen gracias a la conceptualización humana,... Es por tanto, una interpretación conceptual de los funcionamientos de los conjuntos ordenados y persistentes entre las partes de un todo, que permiten describir, comprender, analizar y relacionar las leyes y principios que establecen un conjunto... El sistema se convierte finalmente en la interpretación humana de los conjuntos ordenados y persistentes, tanto existentes o de creación humana, y entra dentro de un nivel de universalidad conceptual que lleva a definir leyes y normas dentro de un carácter canónico que siguen las estructuras.1 (Camacho, 2007, p. 685) En éste mismo sentido, los autores Matía, Jiménez, Aracil y Pinto (2014), mencionan que el sistema es un conjunto de elementos físicos o abstractos, relacionados entre sí, de modo que si se modifica o se altera en determinadas variables de uno de ellos puede influir o ser influidas por las de los demás.2 Entendemos al sistema como la integración de subsistemas, estos actúan de manera autónoma dependiente: interacción entre ellos; e independiente: la estructura. Estos, ejercen acción ordenada para su funcionamiento inteligente previamente dadas por normas y leyes preestablecidas; características como describir, comprender, analizar y reaccionar le permite adaptarse entre valores ya determinados. Estás cualidades están en la superficie interna y externa, cambiando de forma de acuerdo a sus propiedades, respondiendo a los cambios de temperatura, humedad, vientos, rayos UV, etc.

Figura 2. Dragonfly (libélula).

Edición: Los autores, 2017. Fuente: flickr.com/

1.1.1. SISTEMA ESTRUCTURAL La estructura es el sostén de la forma, y gracias a su definición se dan el orden y la sucesión de los elementos integrantes de un todo... la estructura organiza los elementos singulares con cierta permanencia, y conserva la agrupación como un todo y absorbe hasta cierto punto las transformaciones, evitándose de esta manera los cambios estructurales, y convirtiendo en su mayoría a estos últimos en ajustes internos que se logran por los procesos de autorregulación... (Camacho, 2007, p. 361)

El sistema estructural es capaz de sostener a la envolvente, es uno de los generadores del diseño formal y funcional, origina equilibrio entre todos los componentes finales, asienta las pautas necesarias para su distribución y orden que a su vez configuran un todo. En referencia a la definición anterior, Engel (1970), menciona que de todos los elementos y sistemas que componen una forma material rígida o flexible, la estructura es el más esencial. Sin la estructura, la forma material no puede ser conservada, y sin conservar la forma, los sistemas interiores no funcionan.3 FORMA ACTIVA Según Engel, los sistemas de estructuras de forma activa no son rígidas, sino flexibles, con una determinada forma y asegurada mediante extremos fijos, estos poseen la característica de volver a encauzar las fuerzas exteriores por medio de simples tensiones, utilizando así las estructuras mediante cables, tiendas, neumáticos, arcos y bóvedas, y pueden sostenerse a sí misma y cubrir un espacio. Es evidente entonces que éstas son estructuras portantes en las que la transmisión de cargas es a través de la forma, tanto a tensión como los cables y a compresión como los arcos y columnas. Estás convierten las fuerzas externas de la estructura a fuerzas normales en sus apoyos principales, las mismas que dependen de la forma del material. Su principal características es la adaptabilidad de los elementos que constituyen la estructura. 12

SUPERFICIE ACTIVA Las superficies son los medios geométricos más eficientes e intangibles para definir del espacio interior al exterior, de plano a plano, de espacio a espacio. Las superficies, debido a su naturaleza para formar y determinar el espacio, son la abstracción elemental a través de la cual la Arquitectura se afirma a sí misma, tanto como idea como realidad. (Engel, 1970, p. 71) Las superficies estructurales pueden combinarse para formar mecanismos que transmitan fuerzas, es decir, sistemas estructurales de superficie activa. Si a estos elementos estructurales se les da ciertas propiedades, estas pueden desempeñar funciones muy resistentes. Según se ha citado, son superficies flexibles que actúan por continuidad (esfuerzos de tracción, compresión y cortante) distribuyendo la fuerza por la superficie. La superficie activa es simultáneamente, la envoltura del espacio interno, la corteza exterior de la construcción y, en consecuencia, determinan la forma interior del espacio y la exterior del edificio. VECTOR ACTIVO Los sistemas estructurales de vector activo efectúan el cambio de dirección de las fuerzas, descomponiendo las exteriores en varias direcciones por medio de dos o más miembros, mantenidos vectorialmente en equilibrio por las fuerzas opuestas convenientes. (Engel, 1970, p. 71) Engel nos dice que la importancia de los mecanismos de vector activo, no solo se refieren a las estructuras trianguladas, sino que este sistema es capaz de crear cualquier otra forma imaginada que intente dirigir las fuerzas, con el fin de crear un espacio más abierto. La disposición que se quiera obtener mediante las fuerzas pueden llevarse a cabo también en superficies curvas o en cualquier superficie tridimensional. El sistema de vector activo analiza los primeros momentos causados en la estructura, para generar elementos de aporte a resistencia. MASA ACTIVA Por medio de las conexiones rígidas, las vigas y soportes aislados pueden combinarse para formar un sistema de múltiples componentes que actúan conjuntamente, en el cual cada miembro mediante la incurvación de su eje participa con su deformación en el mecanismo resistente. (Engel, 1970, p. 71) Según Engel, los sistemas de masa activa son: vigas continuas, pórticos articulados, pórticos rígidos, pórticos múltiples y pisos múltiples; estos son los que han llevado a cabo la expresión total de los mecanismos de continuidad. Es por medio de estos sistemas que las estructuras pueden salvar grandes luces y crear espacios libres y sin soportes.

Tipos de estructura de forma activa • Estructura de cables Los cables se encargan de transmitir las cargas mediante simples tensiones; los cables colgantes son estructuras especialmente apropiadas para cubiertas de grandes luces con materiales livianos donde el elemento estructural es el cable y el esfuerzo fundamental es el de tracción. • Estructuras de tiendas Los cables paralelos y meridianos dan como resultado la membrana de las estructuras de tiendas. Las tiendas son soluciones estructurales livianas y flexibles, que se encuadran dentro de las que resisten por tracción, con posibilidad de adaptar su forma funicular de las cargas externas.

Figura 3. Viaducto de Milau.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: zona-arquitectura.blogspot.com/

• Estructuras neumáticas La resistencia a la deformación se consigue por la envoltura impermeable al aire y la tensión de tracción de la membrana. La forma estructural solo puede deformarse como consecuencia de una perdida de volumen o de un incremento de la superficie contrariamente al depósito de la membrana.

Figura 4. Pabellón temporal en Noda.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: inspiration.detail.de/startseite.html

• Estructura de arcos El arco es una estructura comprimida utilizada para grandes y pequeñas luces empleando la mínima cantidad de material posible. Es capaz de resistir cargas determinadas por un estado de compresión simple. Los arcos generan fuerzas horizontales que se deben absorber en los apoyos mediante tensores.

Figura 5. Casa Jonas.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: inspiration.detail.de/startseite.html

• Estructura de bóvedas Tienen las dimensiones más largas de la planta, están soportadas en las esquinas y se comportan como vigas largas en dirección longitudinal. Las bóvedas generan cargas verticales y empujes horizontales sobre sus apoyos, logrando que su peso propio se centre sobre la base para mantener su equilibrio. 14

Figura 6. Pabellón Shellstar / Matsys. Edición: Los autores, 2017. Fuente: archdaily.com.br/br

Tipos de estructura de superficie activa • Estructuras laminares plegadas (prismas) En este sistema existe una gran influencia del plegado en la distribución de esfuerzos y en la capacidad de resistencia de la estructura. • Estructuras plegadas prismáticos

Figura 7. Cubierta Tetaedro. Edición: Los autores, 2017. Fuente: jaime-hernandez.com/

Este sistema se puede aplicar a diferentes superficies como: superficies con pliegues contrapuestos, superficies con pliegues cónicos y superficies plegadas. • Estructuras laminares plegadas (pirámides) En este sistema actúa la triple placa plegada, dando como resultado la forma piramidal. Este sistema se puede realizar sobre plantas triangulares, cuadradas, pentagonales, hexagonales, octogonales y circulares.

Figura 8. Plegaduras entre luz y sombra.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: apuntesdearquitecturadigital.blogspot.com/

• Estructuras plegadas piramidales Este sistema utiliza plegados con unidades iguales, es decir, se utiliza la geometría de poliedros. • Estructura de láminas de simple curvatura

Figura 9. Puente Moderno en Tbilisi. Edición: Los autores, 2017. Fuente: panoramio.com/

Como si se tratase de elementos de forjado entre arcos rígidos, los elementos superficiales resisten las cargas hasta que se han engendrado suficientes esfuerzos normales y cortantes para transmitirlas a los apoyos externos. • Estructura de láminas de revolución Este sistema utiliza un mecanismo resistente de la lámina esférica de revolución. La capacidad de la lámina esférica para desarrollar esfuerzos anulares contrarresta las deformaciones de la membrana. • Estructura de láminas de curvatura negativa

Figura 10. Auditorios al Aire Libre en Madrid. Edición: Los autores, 2017. Fuente: denegro.com/

Son cuerpos en los cuales dos de sus dimensiones predominan sobre su espesor. Son aquellas que actúan principalmente por su continuidad estructural y su forma. 15

Tipos de sistema de vector activo • Sistema de planos triangulados En este sistema se consigue la rigidez de la estructura mediante la triangulación de la misma. Los elementos diagonales impiden la deformación, por esta razón se convierte en una estructura triangulada. • Sistemas de cerchas planas Este sistema nos brinda la posibilidad del diseño mediante diferenciación de superficies de cubierta con cerchas planas.

Figura 11. Paneles de Al Bahar Towers. Edición: Los autores, 2017. Fuente: arq.com.mx/

• Sistemas curvos triangulados Este sistema es la combinación de cerchas planas para la formación de sistemas estructurales de superficies plegadas o curvas. Dentro de este sistema tenemos tres tipos: cercha plana simple, dos cerchas unidas superiormente y un sistema de cerchas para formar una superficie plegada. • Sistemas de cerchas curvas

Figura 12. Cut it out: work of Lisa Iwamoto. Edición: Los autores, 2017. Fuente: dwell.com/

Este tipo de sistema nos da como resultado superficies de curvatura simple, superficies de doble curvatura y sistemas reticulados para superficies esféricas. • Sistemas reticulados espaciales Dentro de este sistema tenemos también los sistemas reticulados espaciales compuestos por prismas rectangulares, prismas triangulares, tetraedros, semioctaedros y pirámides en forma hexagonal.

Figura 13. The TWIST’ de EmTech. Edición: Los autores, 2017. Fuente: plataformaarquitectura.cl/cl

Figura 14. Cúpula Para o Encontro. Edición: Los autores, 2017. Fuente: archdaily.com.br/br

Figura 15. Escultura cinética.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: opadeo.fr/

1.1.2. SISTEMA CINÉTICO El concepto de cinética se describe como la disposición geométrica de objetos móviles que cambian a través del tiempo. Para la mayoría de los casos, el movimiento es tridimensional, movimientos bi-dimensionales (como los de una tijera) son extremadamente raros en la arquitectura. Los sistemas son empleados de la mano con la tecnología y la simulación.4 (Ulloa, 2017)

Fortmeyer y Linn (2014), menciona que al sistema cinético se lo conoce como fachadas cinéticas, paredes cinéticas, paredes dinámicas, pieles de construcción de alto rendimiento, éstas tienen la capacidad de responder a las condiciones exteriores e interiores de los edificios, actuando como trayectos de transferencia para mover la energía donde es necesario en algunos casos y donde no es necesario en otros.5 Otros autores Barozzi, Lienhard, Zanelli, y Monticelli (2016), lo corroboran citando que la palabra cinética es conocida como retráctil cinemática, convertible o simplemente adaptativa, y se utilizan para describir la naturaleza no estacionaria de las protecciones solares. En términos de adición se lo conoce como per-formativo, sensible y dinámico.6 Fox y Yeh (2001), determinan a la arquitectura cinética como edificios o componentes de construcción, con localización variable o movilidad y / o geometría o movimiento variable. El sistema informático interpretará las circunstancias funcionales y dirigirá los movimientos controlados por el motor para cambiar responsiva y adaptativamente para adaptarse mejor a las necesidades cambiantes. El sistema cinético inteligente surge de la convergencia isomórfica de tres elementos claves: ingeniería estructural, tecnología de sensores y arquitectura adaptable.7

Tipos de sistema cinético • Estructuras cinéticas embebidas Las estructuras cinéticas incorporadas son sistemas que existen dentro de un conjunto arquitectónico más grande en una ubicación fija. La función principal es controlar el sistema o edificio arquitectónico, en respuesta a factores cambiantes. • Estructuras cinéticas desplegables Las estructuras cinéticas desplegables normalmente existen en una ubicación temporal y son fácilmente transportables. Tales sistemas poseen la capacidad inherente para ser construidos y desarmados.

Figura 16. Beijing National Aquatics Center. Edición: Los autores, 2017. Fuente: 500px.com/

• Estructuras dinámicas cinéticas Las estructuras cinéticas-dinámicas también existen dentro de un todo arquitectónico más grande pero actúan independientemente con respecto al control del contexto más grande. Estos pueden ser subcategorizados como sistemas cinéticos móviles, transformables e incrementales.

Figura 17. AL BAHR TOWERS. Edición: Los autores, 2017. Fuente: ahr-global.com/

Figura 18. Showroom Kiefer Technic. Edición: Los autores, 2017. Fuente: tectonicablog.com/

Figura 19. Articulaciones sensibles.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: archdaily.com.br/br

1.1.3. SISTEMA DIGITAL Los sistemas digitales desempeñan un papel tan destacado en la vida cotidiana que el actual período tecnológico se conoce como “era digital”… computadoras digitales… La propiedad más notable de la computadora digital es su generalidad. Es capaz de seguir una secuencia de instrucciones, llamada programa, que opera con cientos de datos. El usuario puede especificar y modificar el programa o los datos según necesidades determinadas. Gracias a esta flexibilidad, las computadoras digitales de uso general son capaces de realizar diversas tareas de procesamiento de información que cubre una amplia gama de aplicaciones.8 (Morris, 2003, p. 1)

De manera semejante MagisterUC (como se citó en Ari Van Zeeland Labra, 2008), menciona que la era digital ha reconfigurado radicalmente la relación entre lo concebido y lo construido, creando un enlace directo entre lo que se puede hacer y lo que se puede construir. Hoy los proyectos no solo han surgido digitalmente, sino también, pueden ser realizados por procesos de fabricación numérica, los mismos que pueden ser controlados, transformados y movidos por un software pre-programado para generar un proyecto eficiente.9 Con referencia a lo citado anteriormente, los sistemas digitales se relacionan directamente con la inteligencia, la cual puede potencialmente exponer nuevos programas y formas al estar incorporada a nuestra vida cotidiana. A través de las nuevas tecnologías digitales, la arquitectura está evolucionando dentro de nuestra sociedad, contribuyendo de esta manera al desarrollo tecnológico de la misma. Estos nuevos programas presentan situaciones arquitectónicas prácticas que pueden llegar a considerarse como soluciones inteligentes aplicables a los problemas que enfrenta actualmente nuestra sociedad.

1.1.3.1.

DOMÓTICA(O)

Se puede afirmar que la domótica es el término “científico” que se utiliza para denominar la parte de la tecnología (electrónica e informática), que integran el control y supervisión de los elementos existentes en una vivienda. De una manera general, un sistema domótica dispondrá de una red de comunicación que permite la interconexión de una serie de equipos a fin de obtener información sobre el entorno doméstico y, basándose en ésta, realizar unas determinadas acciones sobre dicho entorno.10 (Montesinos, 2012, p. 3) Según Romero, Vázquez y Castro (2011), el objetivo de la domótica es asegurar al usuario un aumento de confort, de seguridad, de ahorro energético y de las facilidades de comunicación. Por lo que deduce que la domótica se refiere al conjunto de técnicas utilizadas para la automatización de la gestión y la información de las edificaciones.11 La domótica nos permite dar una respuesta a los requerimientos que nos han venido planteando los cambios sociales y las nuevas tendencias de nuestra forma de vida en la actualidad, de tal manera que éste nos facilita el diseño de las edificaciones, haciendo de éstas más personales, poli-funcionales y flexibles. El término domótica se lo utiliza en la actualidad para indicar cualquier tipo de automatización de una vivienda.

1.1.3.2.

INMÓTICA(O)

… identificado también como “Building Management System” (BMS), que hace referencia a la coordinación y gestión de las instalaciones de un edificio, así como la comunicación, regulación y control. La inmótica es fuente de ahorro de costes energéticos, de mantenimiento y mejora la productibilidad en el trabajo. (Montesinos, 2012, p. 4) Según Romero, Vázquez y Castro, el término inmótico es algo desconocido aún, y se refiere a la gestión técnica orientada a grandes edificios. A diferencia de la domótica, más orientada a casas unifamiliares, la inmótica abarca edificios más grandes, con distintos fines específicos y orientados no sólo a la calidad de vida, sino a la calidad de trabajo. La inmótica es entonces el conjunto de tecnologías que se aplican al control y la automatización inteligente de los edificios, permitiendo de tal manera una gestión eficiente del uso de la energía, además de aportar seguridad, confort, y sobre todo la comunicación entre el usuario y el sistema.

Tipos de control en sistemas digitales • Control adaptativo

Figura 20. Control interno.

Redibujo: Los autores, 2017. Fuente: adifitri.com/kinetic/kine03b.html

Según Fox (2001), el control adaptativo es la automatización controlada por el ordenador mediante el cual el sistema se programa dependiendo de las necesidades del usuario y de esta manera cambiaría las condiciones ambientales, a este proceso el autor lo define como “automatización en casa”, donde el proceso adaptativo produciría grandes beneficios económicos. • Control interno

Figura 21. Control directo.

Redibujo: Los autores, 2017. Fuente: adifitri.com/kinetic/kine03b.html

Los sistemas que pertenecen a esta categoría poseen un control interno con respecto a la rotación y deslizamiento dentro de la construcción, dentro del control interno tenemos la arquitectura que es desplegable y transportable. Este tipo de sistemas tienen un potencial de movimiento mecánico, pero no posee ningún dispositivo o mecanismo que lo controle directamente. • Control directo Dentro de esta categoría, el movimiento es producido directamente por cualquier fuente de energía ya sean motores eléctricos, energía humana o cualquier cambio biomecánico en respuesta a las condiciones medioambientales.

Figura 22. Control indirecto.

Redibujo: Los autores, 2017. Fuente: adifitri.com/kinetic/kine03b.html

Concector Concector Concector Concector

Figura 23. Control responsivo indirecto.

• Control indirecto Los sistemas de control indirecto reaccionan al movimiento mediante la acción indirecta, a través de un sistema de retroalimentación de sensor. El sistema para el control comienza con una entrada externa a un sensor, este sensor debe transmitir un mensaje a un dispositivo que lo controle. El dispositivo de control se encargara de transmitir instrucciones de operación a una fuente de energía que accionará el movimiento.

Redibujo: Los autores, 2017. Fuente: adifitri.com/kinetic/kine03b.html

Tipos de control en sistemas digitales

Concector

Figura 24. Control responsivo ubicuo.

Redibujo: Los autores, 2017. Fuente: adifitri.com/kinetic/kine03b.html

Concector

Figura 25. Control responsivo indirecto heurístico.

Redibujo: Los autores, 2017. Fuente: adifitri.com/kinetic/kine03b.html

• Control responsivo indirecto El sistema de control responsivo indirecto es similar al sistema de control directo, la diferencia es que el dispositivo de control que se usa puede tomar decisiones basadas en la entrada de varios sensores y toma una decisión optimizada para enviar a la fuente de energía el accionamiento para el movimiento. • Control responsivo ubicuo El movimiento en esta categoría es el resultado donde muchos sensores actúan juntos a manera de una red. Pero este sistema de control requiere un algoritmo de retroalimentación que sea predictivo y autoadaptable. • Control responsivo indirecto heurístico El movimiento en este nivel se basa en un movimiento de autoajuste sensible a una respuesta singular o ubicua. Estos sistemas integran la capacidad de aprendizaje en el mecanismo de control. El sistema aprende mediante la adaptación experimental para optimizar un sistema en un entorno en respuesta al cambio.

Figura 26. Sistema paramétrico.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: academies.sectioncut.com/

1.1.4. SISTEMA PARAMÉTRICO ...un sistema es un objeto en el cual variables de diferente tipo interactúan y producen señales observables. Las señales observables que nos interesan son llamadas salidas. El sistema es afectado por estímulos externos; algunos de los cuales son manipulables para el observador. Las salidas pueden ser de dos tipos, las medibles en la entrada y las que pueden observarse en su efecto de salida...12 (Vallejo, 1997)

El diseño paramétrico puede ser cinético, controlado por procesos basados en reglas de parámetros y variables, dando múltiples soluciones de diseño que pueden ser desarrollados en paralelo. Esta evolución en el diseño está caracterizada por una adopción de sistemas cinéticos que tienen diseños virtuales más flexibles y productivos. Esto soporta la creación, administración y organización de modelos de diseños digitales complejos. Al cambiar los parámetros de un objeto, el modelo puede ser alterado o creado a partir de una gama potencialmente infinita. El termino paramétrico, de acuerdo con el libro Parametric Design, proviene de las matemáticas y se refiere al uso de los parámetros o variables que permiten manipular o alterar el resultado final del sistema.13 En continuidad con lo anterior descrito, Woodbury, Robert, Williamson, Shane, Beesley y Philip (2006), entre las variables que interactúan y modifican al modelo están los vientos, tormentas, nevadas, precipitaciones, cargas sísmicas y el uso que se dará a la estructura.14 El sistema paramétrico es la interacción de variables o parámetros, con reglas que codifican y aclaran pasos a seguir en los subsistemas que al ser manipulados cambien, no solo en su subsistema sino el sistema final. Los subsistemas pueden estar configurados para que se modifique con mayor precisión para obtener resultados óptimos, de acuerdo a cambios climáticos y físicos así como elementos de composición como forma y función.

1.1.4.1.

SOFTWARE

La arquitectura de software, de acuerdo a Jones (1993) es una estructura compuesta por componentes y reglas. En comparación con Perry y Wolf (1992), la definen como elementos, forma y racionalidad.15 El software es el diseño de más alto nivel de la estructura de un sistema, el mismo que está integrado por un conjunto de patrones y abstracciones que proporcionan datos que se comunican con él. Roudsari, Park y Smith (2013) afirman, el alto diseño está llegando más desafiantemente en el campo de arquitectura, con un alto desarrollo en herramientas que son soporte de toda la demanda generada por la sociedad.16 Por lo que los arquitectos, ingenieros y diseñadores necesitan un software que permita generar y manipular parámetros intuitivos complejos, que al mismo tiempo permita tener una visualización del resultado preliminar. Unas de éstas herramientas más utilizadas en la actualidad, que cumplen con lo anterior descrito son: Rhinoceros y Grasshopper.

1.1.4.1.1.

RHINOCEROS

Rhinoceros es líder en el mercado en el software de modelado de diseño industrial. Las formas altamente complicadas pueden ser directamente modeladas o adquiridas a través de digitalizadores 3D. Con su potente motor basado en NURBS, Rhinoceros puede crear, editar, analizar y traducir curvas, superficies y sólidos. No hay límites en la complejidad, de grado o de tamaño. Entre sus principales beneficios están: •

Modela cualquier forma sea compleja o no.

•

Precisión para diseñar, análisis y fabricación de cualquier cosa.

•

Lee y repara archivos IGES.17

Figura 27. Algoritmo de programación gráfica de Grasshopper. Edición: Los autores, 2017. Fuente: issuu.com/alanrodriguez3

1.1.4.1.2.

GRASSHOPPER

Grasshopper utiliza un lenguaje de programación visual, que funciona como un plug-in dentro del programa de Rhinoceros. El programa funciona arrastrando componentes en el área de trabajo, éstos tienen entradas y salidas, la función de las salidas es conectarse a las entradas de los componentes subsecuentes. Grasshopper se utiliza principalmente para programar algoritmos generativos.18 El programa tiene en su interface los siguientes items para su desenvolvimiento: •

Componente (component): es un bloque de construcción que realiza una acción específica.

•

Parámetro (parameter): es un componente especial que contiene datos en lugar de realizar una acción.

•

Deslizador (slider): es una utilidad que permite al usuario elegir valores numéricos usando un control deslizante.

•

Panel (panel): es una utilidad que permite al usuario definir o mostrar valores numéricos o texto.

•

Definición (definition): es una red de componentes de Grasshopper con el modelo.

Figura 28. Arquitectura biomimética.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: issuu.com/monies06

1.1.5. SISTEMA NATURAL La arquitectura es el escenario de cómo vivimos y la expresión de cómo pensamos. Refleja nuestra conformación del mundo para luego habitarlo y la geometría de lo que construimos está lejos de ser neutral. El entorno construido, como el sistema biológico y otros sistemas naturales que compromete, necesita funcionar confiablemente en formas complejas adaptables a muchos niveles diferentes. Tales sistemas adaptativos y sostenibles tienen las características similares de que, a pesar de tener orígenes distintivos, se desarrollan de una manera muy similar.19 (Salíngaros, 2007).

En relación a lo anterior, Rodríguez (2016) señala que la naturaleza nos brinda soluciones adaptables y con una larga durabilidad, además del uso de menos recursos y alcanzando una máxima productividad. La naturaleza ha inspirado en la arquitectura a la producción de estructuras, métodos, herramientas, mecanismos y sistemas a partir de ella, dando lugar a lo que se conoce como biomimética, que es la ciencia que tiene como propósito el investigar acerca de las soluciones que nos brinda la naturaleza y que podrían ser aplicadas a los problemas del mundo actual.20 El estudio de los sistemas naturales pueden ser utilizados para resolver problemas dentro de la rama de la arquitectura, de tal manera que el mundo natural puede ser un referente y ser tratado como una librería de ideas. Buscar soluciones desde la arquitectura biomimética se refiere a buscar respuestas sostenibles de la naturaleza, no en la imitación de su forma, sino más bien a través del entendimiento de las normas que la rigen.

Figura 29. Analogía de burbuja con el cubo de agua. Edición: Los autores, 2017. Fuente: clubpimble.com/

1.1.5.1.

ANALOGÍAS DE LA NATURALEZA ANALIZADAS

Si observamos la naturaleza con detenimiento, podemos observar su materialidad que cubre una estructura y al mismo tiempo funcionan con propiedades físicas inherentes evolucionadas diseñadas para que funcionen como un sistema. Los minerales, plantas y animales se componen de un conjunto de tejidos microcelulares que forman una microestructura dando una solución funcional en su entorno y proximidad. La estructura formada es geométrica asimétrica teniendo un tamaño y distribución estructural no ortodoxas y convencionales poco conocidas.21

PARÉNQUIMA DE LA MONOCOTILEDÓNEA

De acuerdo a González (2013), el parénquima está localizada en la médula y córtex de los tallos y raíces, la pulpa de los frutos y es en general el tejido de relleno en cualquier órgano. Su función es ser la estructura de la planta, que sirve para dar solidez a la misma, en la que se encuentran todos los demás tejidos. La estructura puede ser un tejido compacto o tener espacios intercelulares, con una forma poliédrica.22 Según Seago, Marsh, Stevens, Soukup, Votrubová, Enstone (2005), el parénquima es un tejido poco especializado, implicado en funciones como la fotosíntesis, el almacenamiento, la elaboración de sustancias orgánicas y la regeneración de tejidos.23 Comparando con Evans (2003), tiene la propiedad de desdiferenciación, es decir, puede perder el grosor de su pared celular, también puede representar un 80% de las células vivas de una planta y se puede ver la capacidad de regeneración de las plantas tras ser heridas, esto se debe a la actividad de las células parenquimáticas.24

Figura 30. Parénquima de la monocotiledonea.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html

Según su actividad y función nos encontramos con 4 tipos de parénquimas: •

Parénquima clorofílico: especializado en la fotosíntesis, gracias a sus células que contienen numerosos cloroplastos. Se encuentra generalmente debajo de la epidermis, donde la luz llega fácilmente y su principal localización es en las hojas y corteza de los tallos.

•

Parénquima de reserva: sus células sintetizan y almacenan diversas sustancias como granos de almidón, cristales proteicos, lípidos, proteínas, etc. Algunas de estas sustancias pueden encontrarse en forma sólida, aunque lo normal es que estén disueltas en la vacuola.

•

Parénquima de acuíferos: aunque todas las células parenquimáticas almacenan agua en mayor o menor medida, las células de parénquima acuífero están especializadas en esta función. Estás son grandes, de paredes delgadas y con una gran vacuola donde se acumula el agua. Este parénquima es característico de climas secos, denominadas plantas xerofitas.

•

Parénquima de aeríferos: sus células dejan grandes espacios gaseosos intercelulares comunicados entre sí, por donde circulan los gases que permiten la aireación de las plantas hidrófitas. Estos espacios, son mayores que los que normalmente encontramos en otros tejidos, aparecen tanto en raíces como en tallos; el parénquima es generado en la raíz y es continuo desde este punto hasta el tallo, las células de este tejido dejan grandes espacios intercelulares que permiten la conducción de gases, aumentando la difusión de estos desde las hojas hasta las raíces, este procedimiento les permite mantener un nivel de oxígeno suficiente para la respiración.

Figura 31. Suelo agrietado por deshidratación. Edición: Los autores, 2017. Fuente: fondox.net/

SUELO AGRIETADO POR DESHIDRATACION Cuando un charco se seca deja generalmente una película de fango que se fractura en figuras irregulares (polígonos), cuando se contrae al deshidratarse. La fracturación poligonal de los materiales naturales puede ser causada por la contracción al perder agua o bien por el enfriamiento. De acuerdo con Ibáñez (2007), la porosidad determina en gran medida la circulación del agua. La influencia para el agrietamiento del suelo se debe a otros factores difíciles de cuantificar, debido a que cambian constantemente en breves lapsos de tiempo, más aún algunas mutan durante la propia humectación de los suelos o por mero impacto de las gotas de lluvia. Una de ellas es la cantidad y estabilidad de los agregados. La desecación se da por la extracción de agua subterránea, por la evaporación de ésta con el sol, por la filtración del agua en un terreno con una granulometría densa, fina en la parte superior y gruesa en la inferior, teniendo resistencia a la tracción nula.25 La principal causa del agrietamiento es debido a que los suelos son ricos en arcilla, con la desecación hace que ésta se comprima. A medida que las moléculas de agua se van evaporando, aumenta la tensión superficial entre el líquido que queda y las partículas sólidas, que sufren una fuerza de empuje que las acerca unas a otras. El sólido se contrae y a su alrededor se abren grietas que se propagan por todo el terreno formando un patrón irregular lleno de ángulos y bifurcaciones. La resistencia de la arcilla húmeda es muy alta, siendo ésta baja en estado seco.26

Figura 32. Panal de abejas.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: digicom16.wordpress.com/

PANAL DE ABEJAS Los panales de abeja son formados por celdas de formas hexagonales, no es un simple nido que la colonia utiliza como refugio o como almacén de alimento y de cría, de hecho es parte integrante del superorganismo; es la estructura, órgano sensorial, memoria, sistema inmunitario y como tal resulta fundamental para el funcionamiento del mismo. El panal a parte de su función de refugio, fabrica y almacena miel y polen, teniendo otras funciones que dependen de sus especiales propiedades físicas y químicas, de hecho el panal funciona como una red de comunicación y memoria, enviando información a las abejas. El panal es también un sistema inmunitario, tiene un rol importante en la primera línea de defensa contra agentes patógenos, particularmente la paredes de las celdas están revestidas con una delgada capa de propóleos, sustancia que posee propiedades antibacterianas y antimicóticas que las abejas almacenan en la colmena para utilizarla según sea necesario.27 Gracias a las celdas hexagonales, las abejas pueden aprovechar al máximo el espacio, producir un panal ligero y resistente con muy poca cera, y almacenar la mayor cantidad posible de miel. No extraña que muchos llamen al panal “una obra maestra de la arquitectura”. De hecho, los investigadores ya están imitando el panal para producir estructuras resistentes que aprovechen bien el espacio.28

Figura 33. Tela de araña.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: fandango.lat/pe

TELA DE ARAÑA La tela de araña es la fibra proteínica tan poco común y tan fascinante que segregan las arañas. Sus propiedades mecánicas las hacen 5 veces más resistente que el acero y 3 veces más resistentes que las fibras artificiales de nylon, además son muy ligeras, ya que cada fibra mide una milésima de milímetro. Como se puede estirar hasta un 135% de su longitud original sin romperse, los científicos estudian darle usos insospechados, ya sea mezclada con metales como el zinc, titanio o aluminio como por sí sola. Se intentan crear telas para uso militar (chalecos antibalas, paracaídas), para fabricar hilo quirúrgico o tejidos artificiales para huesos y tendones, micro-conductores y fibras ópticas.29 Las formas que puede presentar una telaraña son variadas, pueden tener forma de embudo, de hoja, espiral, entre las más reconocidas, y asimismo su consistencia puede ser diversa dependiendo del tipo de araña que la produce, de seda pegajosa o de seda con pelos. Hay algunas ciertamente sofisticadas y con fines concretos como las que presentan enredos irregulares y que las arañas tejen especialmente para capturar sencillamente a sus presas, normalmente insectos voladores que caen en las redes.30 La telaraña está conformada por un marco externo sujetado por un amarradero en sus extremos o donde sea necesario, por líneas radiales sin una distancia uniforme desde el centro, y por la espiral que es donde funciona la captura de la presa. La geometría básica de una tela de araña se compone de hilos radiales, hilos del marco (frame), de apoyo (mooring) y espirales (también referidos como hilos de captura), la zona que se encuentra en el centro de la tela y donde suele estar la araña se conoce como el hub.31

Figura 34. Wing II.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: kennethsnelson.net

1.1.6. OTROS SISTEMAS

1.1.6.1.

SISTEMA DE TENSEGRIDAD

La palabra Tensegridad viene de “tensional integrity”, término acuñado por Fuller, del cual exponemos su definición: la tensegridad es un sistema estructural constituido por elementos de compresión discontinuos conectados por elementos de tensión continuos. Debido a la forma en que se distribuyen las fuerzas tensionales y de compresión en su interior constituye una estructura estable que es capaz de reaccionar e interactuar de manera dinámica.32 Según Gómez (2004) la tensegridad es un principio estructural que se basa en el empleo de componentes aislados comprimidos y que estos a su vez se encuentran dentro de una red tensada continua, de tal manera que los que están comprimidos (generalmente se usan barras) no se tocan entre sí y están únicamente unidos mediante componentes traccionados (cables), que son prácticamente los que delimitan espacialmente el sistema de tensegridad.33 El sistema de tensegridad puede considerarse como una estructura que se encuentra en un estado de autoequilibrio estable, formada por elementos que soportan la compresión y la tracción. Este sistema posee una relación entre la geometría y la estabilidad; y funciona de tal modo que los elementos comprimidos no se tocan entre sí y están unidos mediante componentes traccionados.

Figura 35. Comprobación de las formas.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: infinitywashere.blogspot.com

1.1.6.2.

SISTEMA SINÉRGICO

Sinergia significa el comportamiento de sistemas enteros, agregados, enteros imprevistos por comportamientos de cualquiera de sus componentes o subconjuntos de sus componentes tomados por separado del conjunto.34 En relación a lo anterior, según Munizaga (2014), la sinergia es una propiedad de las formas integradas de comportamiento. De esta manera es el comportamiento de un sistema que es total y que es impredecible por el comportamiento singular de sus componentes, o del subconjunto de sus componentes. La sinergia es un comportamiento interdependiente que es más que una sumatoria de componentes.35 En consecuencia, la sinergia es la integración de sistemas que forman un nuevo objeto; la acción de coordinar dos o más elementos, y cuyo efecto es superior a la suma de los efectos individuales. Por lo tanto el resultado es la optimización en la dinámica del sistema, es la aparición de nuevos objetos integrados por sistemas que son semejantes, en las que por su dinámica podrán interactuar al mismo nivel que el objeto inicial.

Figura 36. Cerca de las ventanas. Edición: Los autores, 2017. Fuente: ronakarp.com

1.2.

MATERIALES INTELIGENTES EN ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS A día de hoy definiría la materialidad como la cualidad física asociada a un espacio para el enaltecimiento y concreción de su carácter y de la respuesta provocada en los sentidos. Textura, brillo, formato, material... todos ellos aspectos de la materia que definirán la condición del espacio que envuelven y crearán una reacción al habitarlos.36 (Álvarez, 2011)

Comprendemos a la materialidad como un estado espacial con propiedades inherentes, perceptible por los sentidos, las mismas que definen la condición del espacio, generando sensaciones al ocupar el mismo. La materialidad dota a la envolvente transparencia, permeabilidad, flexibilidad, transiciones de forma y color, cambios de temperatura, etc. Estas características hacen que el espacio sea sensitivo y habitable, controlable e inteligente; formando ésta parte de un sistema inteligente. Callejas plantea, denominamos “materiales inteligentes”, término deriva del inglés “smart materials”, a aquello que ante un estímulo externo, muestran una respuesta, como consecuencia de las propiedades particulares de los mismos. Estas respuestas pueden ser un cambio de forma, generación de electricidad, cambio de color, volumen, opacidad, campo magnético, etc. El término “inteligente” se usa aquí como la propiedad de esos materiales de responder o de mostrar una repuesta, que otros materiales convencionales no proporcionarían.37 En el orden de las ideas anteriores, Wei, Sandstroröm y Miyazaki (1998), describen que un material inteligente se refiere a las capacidades intrínsecas de detección, accionamiento y control o procesamiento de información en su microestructura. A su vez suponen que los materiales y estructuras inteligentes son capaces de responder a los cambios ambientales en las condiciones más óptimas y manifiestan sus propias funciones de acuerdo con los cambios, es decir, pueden responder de una manera y extensión predeterminadas en un momento apropiado con un estímulo ambiental y luego volver a sus estados originales.38 34

Figura 37. Materiales Inteligentes Explicados. Edición: Los autores, 2017. Fuente: ongreening.com

Se entiende como material inteligente, a las propiedades inherentes del material, el mismo que se transforma de acuerdo los diferentes estímulos, principalmente ambientales, eléctricos, magnéticos, humedad, soleamiento, pH, presión y mecánica general; estos reaccionan para cumplir una o varias funciones, como control de iluminación natural, control de movimiento, control de ventilación, entre otros.

1.2.1. POLÍMEROS CON MEMORIA DE FORMA (SMP)

Callejas afirma, que un polímero con memoria de forma (SMP), es un material que tiene una forma temporal y otra permanente. La forma permanente es la forma “recordada", ésta se fija durante el proceso de fabricación y el efecto es determinado por las diferentes clases de estructuras de polímeros utilizados. En continuidad con lo anterior expuesto, Anson (1999), menciona que la fuente de energía usada para activar el SMP (Shape Memory Polymer) es normalmente térmica, aunque también se puede activar mediante electromagnetismo.39 Los polímeros son trabajados a nivel molecular para recordar su forma frente a un estÍmulo, volviendo una y otra vez a su forma original cuando ésta ha sido alterada. El estímulo más utilizado en la actualidad es el calor, aunque se están realizando estudios para que éste sea la electricidad, dando como opciones nuevas aplicaciones usando el SMP.40

1.2.2. POLÍMEROS ELECTROACTIVOS (EAP)

Callejas considera, que los llamados Polímeros Electro-Activos (EAP), son otro de los tipos de materiales inteligentes. Estos poseen otra denominación con las aleaciones de memoria de forma (SMA): “músculos artificiales”. Este tipo de material se utiliza principalmente para la robótica, para crear músculos artificiales en robots.

Figura 38. Memoria de forma.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: sciencealert.tumblr.com

Los polímeros electro activos, se dividen en dos grupos: los activados electrónicamente y los que lo hacen iónicamente (Tabla 1). Estos últimos, requieren menos voltaje para funcionar que los primeros, mientras que los segundos, se pueden activar con solo 1 o 2 voltios. Tabla 1. Principales EAP utilizados (electrónicos e iónicos)

EAP Electrónicos

EAP Iónicos

EAP Dieléctricos

Nanotubos de carbono

Injertos de elastómeros electroactivos

Polímeros conductores (CP)

Papel electroactivo

Fluidos electroreológicos (ERF)

Elastómeros electro-viscoelásticos

Polímeros iónicos de gel (IPG)

Polímeros ferroeléctricos Elástomeros de cristal líquido (LCE)

Composites metálicos de polímero iónico (IPMC)

Elaboración: Los autores Fuente: Callejas, M. 2015. Análisis y estudio metodológico de las implicaciones de los materiales con memoria de forma y super-elasticidad en arquitectura y urbanismo (Tesis Doctoral). Universidad de Sevilla, Sevilla, España.

En la opinión de Fernández (2003), los EAP poseen dos conductores electrónicos con matriz polimérica: los conductores extrínsecos y los intrínsecos. Los conductores extrínsecos con matriz polimérica con materiales compuestos formados por un polímero, generalmente termoplástico, y una carga: negro de humo, polvo metálico, hilos metálicos, entre otros. Por encima de la concentración de percolación los caminos conductores existentes a lo largo del material le confieren conductividad electrónica. Los conductores intrínsecos son materiales poliméricos cuyas moléculas son capaces de conducir la electricidad. La conductividad es una propiedad intrínseca del material.41

Figura 39. Memoria piezoeléctrica.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: ounae.com

1.2.3. MATERIALES CON MEMORIA DE FORMA MAGNÉTICA (MSMA-FSMA)

Callejas destaca, que los materiales con Memoria de Forma Magnética (MSMA o FSMA), son materiales que pueden presentar grandes deformaciones, bajo un campo magnético. Al aplicar el campo magnético se provoca la transformación del estado martensítico al austenítico.

1.2.4. MATERIALES PIEZOELÉCTRICOS

Callejas describe, que los materiales piezoeléctricos, se pueden considerar como un tipo de materiales con cambio de forma. En este caso, el cambio no viene provocado por un aumento de la temperatura, sino por la aplicación de un campo eléctrico, aunque la deformación provocada es muy pequeña (menos del 0,01%). Este efecto, también ocurre a la inversa, si aplicamos una fuerza al material y lo deformamos, estaremos generando electricidad. Los materiales piezoeléctricos adquieren un potencial eléctrico o un campo eléctrico cuando se someten a esfuerzo mecánico. También, se produce el efecto contrario, ya que estos materiales se deforman cuando se les aplica un voltaje. De acuerdo con esto, el ‘efecto piezoeléctrico’ es un fenómeno que resulta de una relación entre las propiedades eléctricas y las mecánicas del material.42 (Arias y Vanegas, 2004)

1.2.5. CERÁMICAS CON MEMORIA DE FORMA (SMC)

Callejas define, que las Cerámicas con Memoria de Forma o SMC, normalmente presentan problemas en la transformación del estado martensítico al austenítico. Estos, se agrietan y se rompen con poca tensión, después de pocos ciclos.

Figura 40. Memoria metálica.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: plataformaarquitectura.cl/cl

1.2.6. ALEACIONES CON MEMORIA DE FORMA (SMA)

Callejas postula, que las Aleaciones con Memoria de Forma o SMA, son combinaciones de dos o más metales que, en determinadas proporciones y con tratamiento térmico adecuado, muestran la propiedad de recordar una forma predeterminada, al aplicarles calor, además de una alta elasticidad, muy superior a la mayoría de los materiales. Comparadas con el acero, éste tiene un 0,5% de recuperación elástica de deformaciones, mientras que las SMA llegan hasta 8%. Lopez y Pablos (2003), expresan que las aleaciones de memoria de forma son capaces de recordar su tamaño y forma originales después de haber sufrido un proceso de deformación siendo incluso capaces de volver a dicha configuración inicial a una temperatura determinada.43 Es evidente entonces, que en su estado frío, son maleables y ante acciones mecánicas se deforman fácilmente, manteniendo estas deformaciones. Pero cuando se calientan por encima de su temperatura de transformación, recuperan esas deformaciones, volviendo a su estado inicial.

1.2.7. COMPOSITES HÍBRIDOS DE ALEACIONES CON MEMORIA DE FORMA

Callejas manifiesta, que las aleaciones con memoria de forma, se pueden combinar con otros materiales para formar compuestos con propiedades interesantes. La NASA está probando lo que llaman SMAHC o Composites Híbridos de Aleaciones con Memorias de Forma. Patel y Turner (2003), mencionan que algunas de las ventajas son la excelente relación peso-eficiencia o su posibilidad de funcionar de manera autónoma. Además, se pueden activar por estímulos o por el ambiente externo.44 De acuerdo con Wei, Sandstroröm y Miyazaki, los materiales con memoria de forma poseen funciones inherentes y propiedades adaptativas, como las siguientes: 38

•

Sensor.- SMMs son sensibles a algunos cambios ambientales tales como estímulos térmicos, de estrés, magnéticos o eléctricos;

•

Cambiar o controlar la capacidad.- el estímulo ambiental debe alcanzar un valor crítico para activar la operación;

•

Actuación.- SMMs pueden proporcionar desplazamientos muy grandes (superelasticidad o pseudoelasticidad) y fuerzas enormes para el accionamiento;

•

Adaptabilidad.- varias propiedades muestran cambios notables debido a transformaciones de fase;

•

Memoria y recuperación.- la forma u otros cambios son reversibles y pueden repetirse;

•

Almacenamiento y conversión de energía.- se puede almacenar una cantidad considerable de energía, y se pueden lograr conversiones térmico-mecánicas, químico-mecánicas, magnético-mecánicas y mecánicas-eléctricas;

•

Amortiguación.- la mayoría de SMMs tienen alta capacidad inherente de amortiguación específica debido a las microestructuras características y transiciones de fase.

Figura 41. Pigmento termocrómico.

Edición: Los autores, 2017. Fuente: hometeka.com.br/

1.2.8. PIGMENTO TERMOCRÓMICO O FOTOCRÓMICO

QCR define los pigmentos termocrómicos como microcápsulas en forma de pigmento en polvo. Los polvos termocrómicos se colorean por debajo de una temperatura específica y cambian a color incoloro o a otro de color más claro, ya que se calientan dentro de su rango de temperatura. El cambio de color es “reversible”, es decir, el color original se restaurará al enfriarse.45 Así mismo, HaLi Industrial Company señala que el pigmento o pintura termocrómica es una estructura en micro cápsula, es decir que cuando llega a cierta temperatura esta pasa de coloreado a incoloro o de un color a otro; cuando la temperatura se enfría el producto vuelve a su color original. El pigmento termocrómico se activa a partir de los 10°C.46 Por otro lado, QCR señala que los pigmentos fotocrómicos son microcápsulas fotocrómicas en forma de pigmento en polvo, diseñados específicamente para su uso en sistemas no acuosos. Dichos pigmentos son incoloros en su estado inactivo y posteriormente se colorean cuando se exponen a una fuente de luz ultravioleta.47 De la misma manera, HaLi Industrial Company señala que el pigmento fotocrómico también se llama pigmento activo solar. Cuando absorbe la energía de la luz solar, va de incoloro a coloreado o color a color.

CAPÍTULO II: MATERIABILIDAD, METODOLOGÍA Y EXPERIMENTACIÓN.

Figura 42. Plano ordinario de Voronoi.

Elaboración: W. Morioka. Fuente: 10.1002/9781118786352.wbieg0601

2.1.

EXPERIMENTACIÓN DE SOFTWARE

En el capítulo anterior, encontramos que el parénquima de la monocotiledónea posee unas características innatas que ayudan a regular el paso de los rayos UV. La estructura parénquima funciona con proximidad e influencia similar a la fórmula del Voronoi. Se modifica los parámetros del parénquima de la monocotiledónea para que sea una estructura con un sistema que se rige por leyes de composición y orden, obteniendo una estructura que nos permite describir, comprender, analizar y relacionar las leyes y principios que establecen un conjunto. La estructura es una analogía de la naturaleza, que se relaciona con parámetros y algoritmos que se pueden controlar por medio de un software.

2.1.1. GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA: VORONOI

Aurenhammer (1991) describe al diagrama Voronoi como una geometría generada por ordenadores, se desarrolla a partir del diseño y análisis de algoritmos para problemas geométricos. El Voronoi consiste en dar cierto número de puntos en el plano, éste divide el plano según la regla del vecino más cercano. La regla es: cada punto está asociado con la región del plano más cercano a ella.48

Según Aurenhammer el Voronoi recibe atención por tres razones: •

Los diagramas de Voronoi surgen en la naturaleza en varias situaciones, en efecto varios procesos pueden ser usados para definir clases particulares de diagramas Voronoi.

•

El diagrama Voronoi tiene sorpresivas e interesantes propiedades matemáticas, por lo que se lo imagina como una geometría estructural.

•

El diagrama Voronoi ha demostrado ser una poderosa herramienta para resolver problemas computacionales aparentemente no relacionados.

Las propiedades básicas del diagrama Voronoi según Aurenhammer, son: •

El diagrama Voronoi se desarrolla por medio de dos o más puntos en un plano cerrado, puntos que serán separados por una línea tomando como regla al vecino más cercano, regla que es la división de la distancia de los dos puntos a la mitad. Donde cada punto es un borde equidistante de exactamente dos sitios, y cada vértice es equidistante de por lo menos tres. Con una excepción, los puntos al estar en una línea recta no generaran vértices, más que una línea recta.

•

Cada cara del Voronoi tiene dos vértices y cada vértice pertenece a al menos tres bordes. Por ejemplo, el número medio de bordes de la región no alcanza seis, hay menos de 3 bordes, y cada uno de ellos pertenece exactamente a dos de las regiones.

•

La complejidad de la estructura está dada por el número de puntos (sitios).

2.1.2. DESARROLLO DE LA ESTRUCTURA: GRASSHOPPER

La distribución de puntos se obtiene con la relación de puntos centrales ubicados dentro del parénquima de la monocotiledónea, generando la estructura Voronoi. Para esto ubicamos puntos aleatorios en un plano delimitado de 24.6 cm x 18 cm que estarán distantes entre sí, con una distancia de 3 cm a 4 cm. Se abre la interfaz del Grasshopper y se inserta el borde de 24.6 cm x 18 cm, a los puntos generados anteriormente se une al componente del Voronoi. Se realiza un offset de 2 mm con un radio en sus vértices de 4.5 mm. A esto se lo convierte en volumen, con un espesor de 2 mm. Finalmente se elimina las superficies interiores de la estructura Voronoi con el componente “diferencia de superficies”.

Figura 43. Componentes del Voronoi en Grasshopper. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Figura 44. Estructura del Voronoi en Grasshopper. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

2.1.3. ANALISIS DE LA ESTRUCTURA

Se obtiene como resultado una estructura con vértices curvos similares a la analogía antes estudiada, en este caso la analogía del parénquima de la monocotiledónea. La estructura posee una distancia entre los centros de 3 a 4 cm, despreciando los bordes. La estructura del parénquima de la monocotiledónea contiene en su interior tejidos que tienen funciones como realizar la fotosíntesis, el almacenamiento de las sustancias orgánicas y regeneración de tejidos. En relación con el análisis de las analogías del parénquima de la monocotiledónea, se dedujo que utilizaremos el parénquima de acuíferos, debido a que ésta almacena agua y es característica de climas secos denominadas plantas xerofitas. La estructura generada con el Voronoi va a cumplir la función de sostener un material de relleno que proteja de los rayos UV.

Figura 45. Vector de la estructura del Voronoi en Grasshopper. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

2.2.

MATERIABILIDAD

Se buscan materiales para crear dicha estructura generada por el Voronoi:

2.2.1. ACRÍLICO. Acrílico es un concepto que, en el terreno de la química, se emplea como adjetivo para calificar a aquel material obtenido a través de la polimerización de un compuesto químico llamado ácido acrílico. Es posible obtenerlo mediante el propileno, que es un subproducto del proceso de refinación del petróleo.49 (Pérez y Gardey, 2016)

Con referencia a lo anterior, Ecured (2017) describe algunas características del acrílico, como por ejemplo que éste posee una alta duración a la intemperie por un largo tiempo, sin sufrir ningún daño. También señala que al ser una variante del plástico es más flexible de lo normal, por lo que se convierte en un material muy fácil de trabajar.50 Como lo señala el mismo autor, dentro de las características técnicas tenemos que el acrílico puede soportar durante largas horas la exposición de rayos UV, sin dañar su composición. Por otra parte para los ecologistas, el acrílico es sumamente útil ya que puede ser reciclado en un 100%. En comparación con el vidrio tenemos que el acrílico es más resistente y su peso es bastante reducido. Con respecto al índice de luz que permite que lo traspase, el acrílico es muy superior al vidrio (92% y 84% respectivamente). Se busca un material de relleno:

2.2.2. RESINA ACRÍLICA.

Según Cardona, Brousse, Mieres, Arias y Gutiérrez (2011), el polimetilmetacrilato es una resina muy utilizada en moldes para la fabricación de prótesis. Este material es un termoplástico fuerte y traslucido, que posee muy buena resistencia ante las condiciones externas y ante los impactos. El polímero es una composición sólida en polvo y también un monómero de características líquidas; ambos compuestos dan como resultado al acrílico, al que se le puede dar varios usos. Tanto el líquido como el polvo son químicamente la misma sustancia (metilmetacrilato).51 Los mismos autores describen el metilmetacrilato (mmc) como un material utilizado para la fabricación de placas a base de éste componente (acrílico), el cual puede adoptar fácilmente cualquier tipo de forma, es muy utilizado como material dental para poder realizar placas con un diseño de trama. El procedimiento de elaboración del material es muy rápido y sencillo, con un tiempo de duración de 6 a 8 años. También mencionan que las moléculas de monometracrilato al presentarse en una forma simple se denominan monómero y su estado es un líquido de características incoloras, soluble con el agua y de olor muy fuerte. Al mezclarlo con el acrílico en polvo va creando cadenas que permiten que ambos materiales lleguen a la polimerización, permitiendo que de ésta manera ambos químicos liberen el calor de los compuestos. El acrílico en polvo es metilmetracrilato 47

con cierto grado de polimerización, sustancia que ha adquirido estas características al ser activado ante factores externos como el calor, luz, rayos UV, etc. Ésta sustancia es soluble con el agua y también con otros disolventes. El material es muy resistente a la corrosión y puede llegar a ser muy duro y flexible.

2.2.3. BIOPLASTIC. Un bioplástico o biopolímero es un plástico que es enteramente o por lo menos 20 por ciento compuesto de fuentes renovables de la biomasa, tales como almidón, celulosa o azúcar. Debido a su origen biológico, es inherentemente biodegradable, lo que significa que se puede descomponer fácilmente en CO2, agua, energía y masa celular con ayuda de microbios, haciéndolo en gran medida neutro en carbono.52 (Kretzer, 2012)

En relación a lo anterior, Kretzer (2012) señala que el bioplástico es un material que posee muchas ventajas ecológicas en comparación con el plástico estándar, ya que éste se deriva de la petroquímica y puede tomar hasta cientos de años en degradarse. El bioplástico al ser un compuesto orgánico se destinan en primera estancia a envases o aplicaciones en los que se los usa rápidamente y luego se vuelven obsoletos. El uso del bioplástico podría traer como ventaja la reducción de las grandes emisiones de CO2 y disminución de residuos tóxicos. El bioplástico a utilizar se basa en instrucciones que se encontró en Green Plastics, elaborado por E. S. Stevens, en donde encontramos información sobre su uso y producción. El bioplástico se forma a base de agua, colágeno y glicerina, haciendo de éste un material biodegradable y con una duración aproximada de 2 años. Éste tiene la debilidad de ser menos durable ante la intemperie si no se le da alguna protección. Se busca un material que interactúe con los rayos UV y que al mismo tiempo de color al relleno:

2.2.4. PINTURA TERMOCRÓMICA.

Según QRC los pigmentos termocrómicos son microcápsulas termocrómicas en forma de polvo que se han diseñado con el fin de usarlos como tinta sin base acuosa, pero su uso no se limita solamente a esto, ya que se lo ha usado para formular otros compuestos, entre ellos composiciones que reacciones ante los rayos ultravioleta, entre otros. La pintura termocrómica es sensible a la influencia de la luz UV ya que empieza a cambiar su color a claro a aproximadamente 10°C, pero su tonalidad vuelve a restaurarse cuando la pintura vuelve a enfriarse, volviendo a su color original. QRC señala que la temperatura de activación de la pintura termocrómica se ajusta de entre los 10°C y 69°C, temperatura en la cual el pigmento alcanza casi el 95% de su color final incoloro. Se debe de tener en cuenta que existen diferencias en el rendimiento de los diversos colores. Las microcápsulas de los polvos termocrómicos pueden sobrevivir a temperaturas de hasta 200°C, pero solo pueden ser expuestas a dichas temperaturas durante periodos muy cortos de tiempo (<10 segundos).

2.3.

METODOLOGÍA: TRIPLE ABANÍCO

La metodología para evaluar los resultados de la propuesta es la desarrollada por Juan Monjo, el cual evalúa propiedades cualificativas de los sistemas aplicados en el proceso. Su método es aplicar un triple abanico, estos son el sistema funcional, sistema formal y sistema tecnológico. Monjo define al sistema constructivo: "Podríamos definirlo como un proceso de materiales, elementos y unidades constructivas relacionadas y coordinadas entre sí por leyes físicas y geométricas, con el objetivo final de diseñar y construir un edificio o parte de él".53 (Monjo, 1986) Con el cual se interpreta que al sistema final lo subdivide en subsistemas para su mejor comprensión y estudio, evaluando únicamente propiedades cualificativas. Los subsistemas de estudio analizan el material para el proyecto, desde su selección, diseño, empleo y vida útil en relación con el clima, geografía, normativa, uso, entorno, acabados, integridad y mantenimiento, nivel industrial, producción laboral, economía y aceptación social. Las siguientes gráficas serán las utilizadas para evaluar la propuesta generada en el capítulo 3.

Tabla 2. Condicionantes funcionales.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: dx.doi.org/10.3989/ic.1986.v38.i385.1691

Tabla 3. Condicionantes constructivos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: dx.doi.org/10.3989/ic.1986.v38.i385.1691

Tabla 4. Perfil tecnolรณgico.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: dx.doi.org/10.3989/ic.1986.v38.i385.1691

Tabla 5. Condicionantes econรณmicos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: dx.doi.org/10.3989/ic.1986.v38.i385.1691

2.4.

PROTOTIPOS

2.4.1. ACRILIC-THERMOCHROMIC

Para desarrollar el siguiente prototipo se realizan 4 procedimientos. El primero es realizar los moldes para colocar la resina. El segundo es la mezcla de los materiales para obtener el líquido que se va a regar. La tercera es la colocación de dicho líquido sobre los moldes. Finalmente, el cuarto es el armado del prototipo final con su estructura.

QUIMICOS

Las cantidades de químicos descritos se utilizan para realizar 1 módulo de 18cm x 24.6cm. •

Acrílico líquido

•

Acrílico en polvo

•

Pintura termocrómica

MATERIALIDAD •

Aceite de cocina

•

Vidrio

•

Cartón maqueta de 2mm

•

Brocha

•

Recipiente de plástico

•

MDF

•

EQUIPO

Cortadora a láser

PROCEDIMIENTO: MOLDE Y RESINA MOLDE •

Se corta a láser las piezas del módulo en cartón maqueta y se procede también a grabar el módulo en el mismo cartón para obtener las piezas del molde.

•

Se procede a pegar las piezas, de esta manera obtendremos un molde de 2mm de espesor.

Figura 46. Corte a láser de molde en cartón maqueta. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

RESINA •

Sobre un recipiente plástico colocamos 50 ml de acrílico líquido y 0.6 gr de pintura termocrómica, se mezcla completamente hasta conseguir que la pintura se disuelva completamente.

•

Luego agregamos 45 gr de acrílico en polvo a la mezcla anterior y removemos hasta conseguir una consistencia espesa.

Figura 47. Molde para colocación de resina acrílica. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 48. Mezcla de acrílico líquido y pintura termocrómica. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 49. Mezcla de acrílico en polvo y pintura termocrómica. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

PROCEDIMIENTO: PLACA

Figura 50. Vaciar enseguida mezcla sobre el molde con aceite. Acrilic-Thermochromic.

•

Se coloca de 4 a 5 ml de aceite tanto en el vidrio como en el molde y se dispersa con la brocha.

•

Vaciar la mezcla sobre el molde con cuidado para evitar la formación de burbujas.

•

Posteriormente se coloca el vidrio encima de la mezcla, esto para conseguir que la superficie final quede lisa y homogénea.

•

Dejar secar de 10 a 12 minutos.

•

Retirar con cuidado el vidrio en el tiempo estimado o en cuanto el vidrio comience a calentarse, ya que si se lo deja por más tiempo la mezcla se comenzará a calentarse y se quedará pegada al vidrio.

•

Retirar la placa resultante del molde y colocar sobre una superficie plana. Se debe colocar peso sobre la placa para evitar que esta se pandee.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 51. Colocar vidrio sobre mezcla y presionar. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 52. Retirar mezcla del vidrio, aprox. 10 minutos. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 53. Colocar placa sobre dos vidrios y colocar peso. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRÍA EXPLOTADA

Figura 54. Axonometría explotada. Módulo de 18 cm x 24.6 cm. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRÍA EXPLOTADA

Figura 55. Axonometría explotada. Prototipo final. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

PROTOTIPO FINAL

Figura 56. Prototipo final. Acrilic-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

2.4.2. BIOPLASTIC-THERMOCHROMIC

Para desarrollar el siguiente prototipo se realizan 4 procedimientos. El primero es el corte de la estructura de acrílico. El segundo es la mezcla de los materiales para obtener el líquido que se va a verter. La tercera es la colocación de dicho líquido sobre los moldes. Finalmente, el cuarto es el armado del prototipo final con su estructura.

QUIMICOS

Las cantidades de químicos descritos se utilizan para realizar 1 módulo de 18cm x 24.6cm. •

Glicerina

•

Pectina o colágeno

•

Pintura termocrómica

•

Alcohol potable

MATERIALIDAD •

Acrílico

•

Vaso de precipitación

•

MDF

•

Laca

•

Cinta

EQUIPO

•

Cortadora a láser

•

Plato calentador

PROCEDIMIENTO: ESTRUCTURA Y MEZCLA ESTRUCTURA •

Se corta a láser la estructura en acrílico.

•

Procedemos a unir al marco de MDF con pegamento.

MEZCLA •

Se coloca 125 ml de agua en un vaso de precipitación a una temperatura aproximada de 25ºC.

•

Se procede a mezclar con el agua 30 gr de pectina o colágeno, hasta conseguir disolver los grumos generados por la combinación.

•

Añadimos 50 ml de glicerina y procedemos a mezclar homogéneamente.

Figura 57: Estructura de acrílico y marco de MDF. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 58. Entibiar 125 ml de agua a 25°C. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

En un nuevo vaso de precipitación colocamos 1.5 ml de alcohol y mezclamos con 0.6 gr de pintura termocrómica. Una vez disuelto lo combinamos con el anterior compuesto ya preparado.

•

Se lo hace hervir a fuego lento. No debe pegarse, ni quemarse.

•

Al hervir se produce una capa delgada de espuma la cual debe ser retirada.

Figura 59. Mezcla el agua con el colágeno y la glicerina. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 60. Mezcla con pintura termocrómica. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

PROCEDIMIENTO: VACIADO Y FRAGUADO

Figura 61. Colocar molde sobre lámina de acetato. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se sujeta el módulo de MDF y acrílico en un papel acetato. Su justificación es para darle un acabado pulimentado y homogéneo con brillo.

•

Vertimos el Bioplastic-Thermochromic dentro del módulo hasta que quede al ras del marco de MDF de 3mm.

•

Dejar secar de 15 a 20 minutos, hasta que la mezcla haya fraguado completamente.

Nota: •

Si se llegan a generar burbujas se las puede sacar del módulo con los dedos o con un hisopo.

Figura 62. Verter mezcla sobre molde de acrílico. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 63. Dejar secar la mezcla. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 64. Fraguado de Bio-Thermplastic. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRÍA EXPLOTADA

Figura 65. Axonometría explotada. Módulo de 18 cm x 24.6 cm. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRÍA EXPLOTADA

Figura 66. Axonometría explotada. Prototipo final. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

PROTOTIPO FINAL

Figura 67. Prototipo final. Bioplastic-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

2.4.3. CONCLUSIONES

ACRILIC-THERMOCHROMIC •

Es un material que posee características para ser usado como relleno de estructuras o fundición total de un panel. El paso de la luz depende del espesor del panel, ya que el panel al cambiar su composición no se hace 100% traslúcido. Tiene un acabado rugoso y sin brillo y se lo puede mejorar con el uso de láminas de poliéster para plastificar.

•

El costo para un panel de 24.4 cm x 18 cm, con un espesor en su estructura de 2 mm y en su relleno de 1 mm, es de 3.60 dólares aproximadamente. Esto incluye la pintura termocrómica despreciando el corte a láser del molde.

•

No se distingue la estructura Voronoi del relleno, como consecuencia no existe un paso de la luz en su estructura como sucede en el Bioplastic-Thermochromic por lo que se necesita un material translucido que sirva como estructura.

BIOPLASTIC-THERMOCHROMIC •

Es un material que posee características para fundición de superficies que posean su estructura. El paso de la luz sobre éste depende de su espesor, ya que el panel al cambiar su composición no se hace 100% traslúcido. Tiene un acabado pulimentado y brillante con un tiempo de vida útil de 2 años sin protección y 4 años con protección.

•

El costo para un panel de 24.4 cm x 18 cm con un espesor de 2 mm en el relleno y en su estructura, es de 3.20 dólares despreciando el corte a láser de la estructura en acrílico. El relleno en el lapso de 2 días se contrae teniendo un espesor de 1.5 mm respecto al espesor de la estructura.

El material de relleno para el panel final se utilizará Bioplastic-Thermochromic y Acrilic-Thermochromic. •

2.4.4. RECOMENDACIÓN Se recomienda buscar un material que sea moldeable y que sustituya a la estructura de acrílico, debido a que en el proceso de corte de la estructura existe una perdida del material, sin tener un uso para el mismo.

CAPÍTULO III: PROPUESTA

Figura 68. Emplazamiento del Campus de la UTPL. SIGTIERRAS. Edición: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Municipio de Loja.

3.1.

ANÁLISIS DEL SITIO

Loja, también conocida como la Inmaculada Concepción, es una ciudad del Ecuador, Capital de la provincia y cantón Loja. Está ubicada al sur del país, límite de la frontera con Perú, a una altura de 2100 m.s.n.m. aproximadamente. El Campus de la Universidad Técnica Particular de Loja se encuentra en la parroquia El Valle, a una altura que oscila entre 2110 a 2150 m.s.n.m. La misma que posee una biblioteca, siete edificios de aulas, un laboratorio de química y un laboratorio de prototipos (edificio 9), dos edificios del área administrativa, un edificio de dirección académica, un polideportivo, un edificio de arte y danza contemporánea, una cancha de fútbol sintética, dos canchas de baloncesto, dos canchas mixtas de voleibol y tenis, un edifico dedicado a proyectos de emprendimiento conocido como PRENDO, y casas residenciales. El edificio de caso de estudio está a una altura de 2117 m.s.n.m. Está ubicado en el centro del Campus, (latitud: -3.98618800; longitud: -79.19788600) hacia la calle París, en sentido Norte-Sur, con una materialidad de estructura metálica y hormigón armado, en su piel alucobond con vidrio. Su construcción termino en el año 2016.

3.1.1. CONDICIONES MEDIOAMBIENTALES EN LOJA

3.1.1.1.

RADIACIÓN SOLAR

En la ciudad de Loja la incidencia solar ha llegado a alcanzar los 17 UV según el INAMHI, siendo los rayos moderados de 3 a 5 UV según lo recomendado por la Organización Mundial de Salud (2003); al estar expuesto en este porcentaje de rayos UV se necesita protección y mantenerse a la sombra en las horas centrales del día, siendo éstas de 12h00 a 15h00, ya que la exposición durante largos periodos de tiempo de radiación UV puede causar efectos agudos y crónicos en la piel, ojos y sistema inmunitario.54 69

Figura 69. Imagen virtual del Edificio de Prototipos. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Según Prieto (2015), existen tres tipos de radiaciones en Loja, en primer lugar tenemos la radiación directa de 3000 a 3900 Wh/m2/día, que es la que llega directamente del sol sin haber sufrido algún cambio en su dirección. En segundo lugar tenemos la radiación difusa de 2006 Wh/m2/día, que es la radiación solar recibida en la superficie terrestre que en su dirección ha cambiado por la dispersión de la atmosfera. Y por último tenemos la radiación reflejada, que tal como su nombre lo indica es la radiación reflejada por la superficie terrestre y por las fachadas de los edificios adyacentes.55 Según los datos del Laboratorio de Clima - UTPL (2017)56 desde el mes de julio del 2016 hasta junio del 2017 los picos máximos de rayos UV, han sido de 14.10 a 16 UV, con un promedio que va de 4.54 a 6.69 UV, en la estación de la Finca del Colegio Técnico que se encuentra a 2377 m.s.n.m. Mientras que en la estación de la Finca Jipiro Alto, los picos máximos varian entre los 11 y 15.80 UV, con un promedio que va de 3.51 a 5.11 UV, que se encuentra a una altura de 2218 m.s.n.m. La temperatura promedio en la estación de la Finca de Colegio Técnico fue desde 13.75 a 15.92°C, mientras que en la estación de la Finca de jipiro Alto el promedio de la temperatura fue desde 14.67 a 16.32°C.

Figura 70. Índice de rayos UV y longitud de onda. Elaboración: Víctor Ventura. Fuente: polaridad.es/

Tabla 6. Datos de Radiación UV año 2016 - 2017

Finca Colegio Técnico Fecha

Promedio de temperatura

Promedio de UV

Máximo de UV

jul-16 ago-16 sep-16 oct-16 nov-16 dic-16 ene-17 feb-17 mar-17 abr-17 may-17 jun-17

13.75 14.72 14.86 15.86 15.92 15.49 14.75 14.96 15.14 15.24 15.27 15.01

4.54 5.70 5.46 5.78 6.52 6.69 6.19 6.14 5.99 5.94 5.30 5.35

14.10 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 16.00 14.30

Elaboración: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Repositorio de datos meteorológicos. Laboratorio de Clima - UTPL. 2017.

Tabla 7. Datos de Radiación UV año 2016 - 2017

Finca Jipiro Alto Fecha jul-16 ago-16 sep-16 oct-16 nov-16 dic-16 ene-17 feb-17 mar-17 abr-17 may-17 jun-17

Promedio de temperatura 14.67 15.57 15.63 16.32 16.28 16.00 15.36 15.76 15.83 15.85 15.93 15.66

Promedio de UV

Máximo de UV

3.51 4.06 3.80 4.68 5.09 5.04 4.57 5.11 4.97 4.89 4.43 4.49

12.10 12.00 13.50 14.10 14.30 14.40 15.20 15.80 14.30 14.80 13.90 11.00

Elaboración: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Repositorio de datos meteorológicos. Laboratorio de Clima - UTPL. 2017.

3.1.1.2.

DECLINACIÓN SOLAR

Se entiende la declinación solar al ángulo en relación Tierra - Sol que se da por la rotación de la misma (ver Figura 70). El ángulo de declinación solar en Ecuador es de 23.45°, ya sea para el solsticio de verano o invierno. En Loja, de acuerdo con la NASA (2016), el solsticio de verano entre el 21 - 22 de junio es de 23° y para el de invierno del 21 - 22 de diciembre es de -22.8°; sin embargo en el equinoccio de primavera del 20 - 21 de marzo es de -1.81° y para el otoño es del 22 - 23 de septiembre es de 3.09° (ver Tabla 8).57

3.1.1.3.

INCIDENCIA SOLAR

Como señala la CIE, la posición geográfica del Ecuador le permite ser un país favorecido en lo que se refiere al recurso solar. Esto debido a que el ángulo de incidencia de la energía solar es perpendicular hacia nuestra superficie durante todo el año, esta situación no ocurre en otros lugares del mundo, donde el ángulo de incidencia solar varía de acuerdo a las estaciones que se presentan en el año.58 De tal manera que podemos decir que la incidencia solar es la dirección en la que llega la radiación sobre la superficie o sobre los cuerpos situados sobre esta. Es muy importantes saber el grado de incidencia, sobre todo para conocer el comportamiento que tiene ésta sobre los cuerpos terrestres.

21-22 Jul

21-22 Ago 70

22-23 Sep 22-23 Oct 90 100 80

21-22 Nov

21-22 Dic

110

120

50 40

130 140

150

160

20 11

170

180

190

350 1

200

340 2

330

210 3

320

4 5

310 300 290 21-22 Jun

220

21-22 May

260 270 20-21 Abr 20-21 Mar 280

230 240

250 21-22 Feb

21-22 Ene

Figura 71. Carta solar de Loja. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Tabla 8. Promedio de horas solares, radiación solar, azimut y declinación solar en Loja.

Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Horas (h) 12.3 12.2 12.1 12.0 11.9 11.9 11.9 11.9 12.0 12.2 12.2 12.3

Radiación directa (kWh/m2/d) 3.84 3.53 4.07 3.98 4.17 4.45 4.38 4.33 4.24 3.74 4.48 4.35

Azimut (grados) 73.2 81.5 87.8 76.3 67.1 62.9 64.7 72.2 82.9 85.5 75.8 71.0

Declinación (grados) -20.7 -12.3 -1.81 9.7 18.8 23.0 21.2 13.7 3.09 -8.44 -18.1 -22.8

Elaboración: P. Suing. Y. Torres. Fuente: eosweb.larc.nasa.gov/sse/

Figura 72. Cielo nublado, sol y días de precipitación. Elaboración: Meteoblue. Fuente: meteoblue.com/

3.1.1.4.

SOLEAMIENTO

Para Czajkowski y Gómez (2011), el soleamiento desde la arquitectura es permitir el ingreso del sol en espacios interiores, generando confort térmico. Se debe resaltar que para poder lograr un soleamiento adecuado es necesario conocer de geometría solar para prever la cantidad de horas que estará soleado un local mediante la radiación solar que pase a través de ventanas y otras superficies no opacas, pero este no es el caso del Edificio de Prototipos, ya que sus principales materiales en las fachadas son el cristal, alucobond y bloque revestido.59 En la fachada del edificio de prototipos tenemos un soleamiento directo tanto en la mañana como en la tarde, ya que además de poseer una orientación norte-sur las fachadas poseen cristal como piel, justificada que a futuro será implementada una envolvente que proteja del soleamiento. Se ha podido apreciar además que las ventanas poseen un filtro UV, tratando de dar una solución, pero, con el filtro viene un problema mayor que es la baja temperatura en los días parcialmente nublados o nublados, prácticamente un congelador de grandes dimensiones; a esto se suma la dirección del viento en el sentido noreste, impactando de manera contundente en la fachada este ya que no posee ninguna protección física ni natural.

17:00 p.m.

16:00 p.m. 15:00 p.m. 14:00 p.m. 13:00 p.m.

12:00 p.m. 11:00 a.m. 10:00 a.m. 9:00 a.m.

8:00 a.m.

7:00 a.m. Figura 73. Equinoccio de primavera - 20 de Marzo. Equinoccios. 2017. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

17:00 p.m.

16:00 p.m. 15:00 p.m. 14:00 p.m. 13:00 p.m. 12:00 p.m. 11:00 a.m. 10:00 a.m. 9:00 a.m.

8:00 a.m.

7:00 a.m. Figura 74. Solsticio de verano - 21 de Junio. Solsticios. 2017. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

17:00 p.m.

16:00 p.m. 15:00 p.m. 14:00 p.m. 13:00 p.m. 12:00 p.m.

11:00 a.m. 10:00 a.m. 9:00 a.m. 8:00 a.m.

7:00 a.m.

Figura 75. Equinoccio de otoño - 22 de Septiembre. Equinoccios. 2017. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

17:00 p.m.

16:00 p.m. 15:00 p.m.

14:00 p.m. 13:00 p.m. 12:00 p.m. 11:00 a.m. 10:00 a.m. 9:00 a.m. 8:00 a.m.

7:00 a.m.

Figura 76. Solsticio de invierno - 21 de Diciembre. Solsticios. 2017. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Figura 77. Cantidad de precipitación.

Elaboración: Meteoblue. Fuente: meteoblue.com/

3.1.1.5.

PRECIPITACIÓN DE AGUA

Quiroz define la precipitación como la cantidad de agua que cae sobre la superficie de la Tierra proveniente de la humedad atmosférica. La precipitación adquiere diversas formas como producto de la condensación del vapor de agua atmosférico, para que se produzca ésta es necesario que algunos mecanismos se encarguen de enfriar el aire lo suficiente para que logren llevarlo o acercarlo a la saturación.60 La localización de una región con respecto a su latitud y distancia son principalmente las responsables de su clima. En el caso de la ciudad de Loja, tenemos que la mayor cantidad de precipitación se presenta entre los meses de febrero y julio según Meteoblue (2017), siendo febrero y abril los meses más lluviosos. Entre los meses de agosto y enero podemos observar según la gráfica que son los meses más secos del año, siento septiembre el mes con menos precipitaciones.61

Wind Frecuency (hrs)

N NNO

700+

NNE

560 - 630 490 - 560

420 - 490 350 - 420 280 - 350

ONO

ENE

210 - 280 140 - 210 70 - 140 1 - 70

OSO

ESE

SE SSO

0 6

SSE

12 18 24 30 (km/h)

Figura 78. Frecuencia del viento.

Compilaciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Revit.

Wind Speed (km/h)

N NNO

57 +

NNE

43 - 50 36 - 43

29 - 36 21 - 29 14 - 21

ONO

ENE

7 - 14 0-7

OSO

ESE

SE SSO

Figura 79. Velocidad del viento

Compilaciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Revit.

SSE

Figura 80. Temperatura mínima y máxima

Elaboración: Meteoblue. Fuente: meteoblue.com/

3.1.1.6.

VIENTOS

Maldonado (2014) señala que el viento se produce cuando una cantidad de aire se vuelve menos densa por el incremento de su temperatura, por lo que se eleva y otra cantidad de aire más frio ocupa su lugar. La dirección del viento depende de la circulación del aire en la atmósfera. Las latitudes de la Tierra son afectadas por los vientos alisos (países andinos) conservando la misma dirección (NE a SO en el caso de nuestra ciudad). En la provincia de Loja existe una mayor fuerza del viento en los meses de julio y agosto, donde la dirección predominante del viento es desde el nor-este.62 La rosa de vientos para Loja muestra el número de horas al año que el viento sopla, donde se puede observar que la frecuencia del viento predominante está soplando desde el nor-este hacia el sur-oeste, teniendo de 560-630 horas en éste sentido. El diagrama de la velocidad del viento muestra cuántos días en un mes se pueden alcanzar ciertas velocidades de viento, la cuál va desde 0 hasta 57 km/h en el sentido noreste.

3.1.1.7.

TEMPERATURA

El diagrama de la temperatura máxima en Loja en Meteoblue nos muestra cuántos días al mes llegan a ciertas temperaturas. Teniendo así que entre los meses de septiembre y diciembre se pueden alcanzar temperaturas mayores de 25°C. En cambio entre los meses de junio y agosto se puede llegar a las temperaturas más bajas, que van desde los 15°C hasta los 10°C. Comparando con la página web del SOLARGIS, la temperatura del aire en enero es de 14.7°C y en el mes de julio es de 12.6°C, lo que corrobora lo antes enunciado.

3.1.1.8.

CONCLUSIONES

Luego de haber analizado los diferentes factores climáticos que actúan sobre el Edificio de Prototipos, llegamos a determinar las diferentes variables que debe de poseer la envolvente arquitectónica, tomando en cuenta la declinación solar para una protección perpendicular con la fachada del edificio. Debido al emplazamiento del edificio en sentido norte-sur, éste necesita una protección en sus fachadas este-oeste, éste posee una inclinación de 8 grados en el sentido noreste. •

En el mes de marzo se tiene la declinación solar de -1.81 grados en sentido noreste, por lo que la protección en los mismos deberá ser con una inclinación de -9.81 grados perpendicular a los rayos del sol.

•

En el mes de junio se tiene la declinación solar de 23.0 grados en sentido sureste, por lo que la protección deberá tener una inclinación de 31 grados perpendicular a los rayos del sol.

•

En el mes de septiembre se tiene una declinación solar de 3.09 grados en el sentido sureste, por lo que la protección tendrá una inclinación de 11.09 grados perpendicular a los rayos del sol.

•

En el mes de diciembre se tiene una declinación solar de -22.8 en el sentido noreste, por lo que la protección tendrá una inclinación de 30.8 grados perpendicular a los rayos del sol.

•

Hemos escogido el índice de 7 UV como el valor máximo para la protección de la fachada del edificio; cuando se tenga 1 UV la envolvente se colocara paralela a la declinación solar, en cambio cuando se llegue a 7 UV ésta estará perpendicular a la declinación solar.

ESTADO ACTUAL

PROPUESTA

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Figura 81. Equinoccio de primavera. 20-21 de Marzo. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

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Figura 82. Solsticio de verano. 21-22 de Junio. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

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Figura 83. Equinoccio de otoño. 22-23 de Septiembre. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

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15h00 Figura 84. Solsticio de invierno. 21-22 de Diciembre. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

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3.2.

PROPUESTA

Una vez realizado las pruebas de experimentación en el Capítulo 2, se busca un panel para la envolvente que nos permita desarrollarla dentro del laboratorio del Fab-Lab. En el Edificio 9 de Prototipos en las plantas altas 1, 2, 3 y 4 la distancia entre losas es de 3.60 m despreciando la novalosa, por lo que se obtiene una modulación en altura de 1.20 m y en ancho de 0.60 m. Para la elaboración de dicho panel, se busca un material que sea moldeable y al mismo tiempo nos permita crear la estructura del Voronoi. La estructura Voronoi será creada en el plug-in Grasshopper del programa Rhinoceros con el componente Voronoi, el mismo que posee puntos atractores obteniendo así un cambio de tamaño respecto al Voronoi antes realizado. La distribución de estos puntos nos permite obtener una composición formal y estética, con una distancia entre módulos que nos dé una estabilidad estructural para la sustención del material de relleno: Bioplastic-Thermochromic y Acrilic-Thermochromic. Utilizaremos el hardware y software del Arduino para el movimiento del panel que responderá a los parámetros de radiación UV y declinación solar.

3.2.1. PROPUESTA DIGITAL: ESTRUCTURA DEL VORONOI

Los puntos del Voronoi se distribuyen desde los puntos atractores los cuales están ubicados a una distancia de 40 cm en línea recta entre ellos. El punto atractor cumple una función formal y funcional permitiendo que los puntos que están más cerca den estabilidad a la estructura. La distancia entre módulos es de 7 mm entre ellos, logrando una estructura que se combine con el relleno sin que ésta predomine.

Figura 85. Estructura del Voronoi en Rhinoceros y Grasshopper. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Figura 86. Vector de la estructura del Voronoi. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

3.2.2. PRUEBAS DE ESTRUCTURA Y RELLENO

Se pretende sustituir la estructura de acrílico con una estructura hecha con resina poliéster, la misma que posee la característica de maleabilidad permitiendo la optimización del material y no su desperdicio como ocurría con la lámina de acrílico. Se realizaron cuatro etapas en las pruebas, cada una evolucionando y perfeccionando la técnica, logrando así un mejor acabado con una buena resiliencia en su estructura.

RESINA

Gil (2012) define a la resina poliéster como un compuesto líquido que por adición de un catalizador puede ser llevada a un estado sólido. Éstas se presentan como un plástico que necesita de un agente externo (catalizador) para cambiar su estructura por otra diferente; pero una vez combinada con ésta no volvería a su estado original. Existen diferentes tipos de resinas, entre las cuales las más usadas son la resina poliéster, vinilester y epóxica, cada una con características diferentes.63 El autor señala que dentro de las resinas poliéster tenemos las ortoftálticas, la cual es de uso general en ambientes que no sean agresivos; y la resina poliéster isoftalticas que posee un muy buen desempeño mecánico, resiste al agua y también resistente ante los agentes químicos. La polimerización de la resina según Gil, es el proceso que se realiza para la transformación de estado sólido a líquido. El cambio de la estructura de la resina se origina cuando se añade el acelerador y el catalizador, pero el proceso de endurecimiento ocurre a medida que pasa el tiempo, pasando por un estado líquido gelatinoso y finalmente sólido. Para la resina poliéster el acelerador se denomina octoato de cobalto y el catalizador mek (metil-etil-cetona) peróxido.

3.2.2.1.

ETAPA 1

Ésta es una etapa empírica donde se combina las cantidades de la resina poliéster, el mek y el cobalto, y se descubre las cantidades idóneas para que la resina posea la característica de dureza. Para todas las pruebas realizadas a continuación se cortó un molde para la estructura de 15 cm x 15 cm, tomada desde la esquina de la estructura del Voronoi de la Figura 85, con una distancia entre los módulos de 7 mm y un espesor de 2 mm.

P1: Resina poliéster.

P2: Resina poliéster + Escoria de aluminio.

P3: Resina poliéster + Fibra de vidrio.

P4: Resina poliéster + Polvillo de MDF.

Cálculo de peso y volumen:

Área total = 150 mm x 150 mm = 22500 mm²

Área del molde = 14300 mm²

Área de la estructura = 8200 mm²

Espesor = 2 mm

Volumen

= ≈

8200 mm² x 2mm = 16400 17000 mm³ = 17 ml + 5 ml (margen de desperdicio)

23 ml

26.36 gr (peso de la resina)

26.36 gr / 100 (1 %) peso de resina = 0.2636 gr (cálculo de escoria y polvillo)

mm³

P1 PROCEDIMIENTO •

Se mezclaron 23 ml de resina poliéster con 2 gotas de mek (0.066 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 1 gota de cobalto (0.033 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso; consiguiendo un tono ocre claro traslúcido.

•

Sobre un acetato se coloca un marco de MDF con un molde de bio-thermplastic de 2 mm de espesor.

Figura 87. Composición: resina poliéster. Molde de Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se vierte toda la mezcla en el molde.

RECOMENDACIONES •

No mezclar la resina poliéster con el mek y el cobalto al mismo tiempo, ya que éste se tornara de color verde oscuro traslúcido. Ésta es una hipótesis de porque el acabado final posee burbujas.

CONCLUSIONES •

La resina no se secó hasta pasado un mes.

•

Se alcanzó un espesor aproximado de 1 mm, debido a que la mezcla ingresa por la parte inferior del molde y marco, por lo que se pierde mezcla.

•

La estructura es quebradiza debido al espesor.

•

El molde del bio-thermplastic se encogió.

•

Al no colocar un acetato en la parte superior, el acabado superior es irregular.

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P1

Figura 88. Composición: resina poliéster. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P2 PROCEDIMIENTO •

Se mezclaron 23 ml de resina poliéster con 4 gotas (0.132 ml) de mek hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 4 gotas de cobalto (0.132 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso; consiguiendo un tono ocre claro traslúcido.

•

Se agrega 0.2636 gr de escoria de aluminio (tamizada) y se combina.

•

Sobre un acetato se coloca un marco de MDF con un molde de PVC de 2 mm de espesor.

•

Se vierte toda la mezcla en el molde.

CONCLUSIONES •

La resina se secó en un lapso de 3 horas.

•

Se alcanzó un espesor aproximado de 1.30 mm, debido a que la mezcla ingresa por la parte inferior del marco, por lo que se pierde mezcla.

•

La escoria debido a su peso al momento de secarse se asienta.

•

La estructura es quebradiza debido a las escoria.

•

El molde de PVC no posee ninguna irregularidad.

•

Al no colocar un acetato en la parte superior, el acabado superior es irregular.

Figura 89. Composición: resina poliéster + escoria de aluminio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P2

Figura 90. Composiciรณn: resina + escoria de aluminio. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

P3 PROCEDIMIENTO •

Se mezclaron 23 ml de resina poliéster con 3 gotas de mek (0.099 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 3 gotas de cobalto (0.099 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso; consiguiendo un tono ocre claro traslúcido.

•

Sobre un acetato se coloca un marco de MDF con un molde de bio-thermplastic de 2 mm.

Figura 91. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se vierte toda la mezcla en el molde.

•

Se corta la misma estructura de la resina en fibra de vidrio, se la coloca sobre la resina y se la humedece sobre la misma.

CONCLUSIONES •

La resina se secó luego de 20 días.

•

Se alcanzó un espesor aproximado de 1 mm, debido a que la mezcla ingresa por la parte inferior del molde y marco, por lo que se pierde mezcla.

•

La estructura es más resistente por la fibra de vidrio y también porque el marco es rígido.

•

El molde del bio-thermplastic se encogió.

•

Al no colocar un acetato en la parte superior, el acabado superior es irregular. También no posee un buen acabado porque la fibra no se logró sumergir completamente.

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P3

Figura 92. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P4 En las pruebas anteriores no se logra un acabo irregular debido a que no se llega a completar los 2 mm de espesor, por lo que procede a duplicar la cantidad de mezcla del cálculo de 17 ml a 34 ml aproximándolo a 35 ml. Tenemos una relación aproximada de la P2, que es el módulo que se secó. Entendemos que por cada 5 ml de resina poliéster se necesita 0.033 ml de mek y cobalto. PROCEDIMIENTO •

Se mezclaron 35 ml de resina poliéster con 7 gotas de mek (0.231 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 7 gotas de cobalto (0.231 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso; consiguiendo un tono ocre claro traslúcido.

•

Se agrega 0.4011 gr de polvillo de mdf (tamizado) y se combina.

•

Sobre un acetato se pega un marco de PVC con un molde de fomix de 2 mm de espesor.

•

Se vierte toda la mezcla y se coloca un acetato desde el centro quitando el exceso hacia los costados.

CONCLUSIONES •

La resina se secó en 4 horas.

•

La estructura muestra tenso-flexión.

•

Al colocar el acetato en ambos lados se logró un acabado regular.

Figura 93. Composición: resina poliéster + polvillo de mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P4

Figura 94. Composición: resina poliéster + polvillo de mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

3.2.2.1.1.

CONCLUSIONES

En la P2 y P4 que la relación resina poliéster, mek y cobalto reaccionan solidificando el compuesto en poco tiempo en relación con la prueba P1 y P3.

5,75 ml : 1 gota (0.033 ml) de cobalto y mek.

5.00 ml : 1 gota (0.033 ml) de cobalto y mek.

entonces:

5,00 ml : 1 gota (0.033 ml) de cobalto y mek.

•

Se debe utilizar acetato en ambas caras del molde para obtener un acabado regular y pulimentado.

•

El marco y el molde deben de ser del mismo material y del mismo espesor, en éste caso se utiliza el PVC ya que posee dichas características.

100

3.2.2.2.

ETAPA 2

Ésta es una etapa donde se busca darle tenso-flexión a la estructura, ya que en la etapa anterior se consiguió rigidez. Para ello se experimenta implementando grafito con la relación resina-grafito 99%:1% del peso. También se utiliza la fibra de vidrio con y sin pintura termocrómica, con la intensión de ver que efecto estructural y estético poseen. Para las pruebas que vendrán a continuación se cortó un molde en PVC para la estructura de 15 cm x 15 cm con una distancia entre módulo de 7 mm y un espesor de 2 mm, el marco es de PVC de 2 mm.

P5: Resina poliéster + Grafito.

P6: Resina poliéster + Fibra de vidrio.

P7: Resina poliéster + Pintura termocrómica + Fibra de vidrio.

Cálculo de peso y volumen:

Área total = 150 mm x 150 mm = 22500 mm²

Área del molde = 14300 mm²

Área de la estructura = 8200 mm²

Espesor = 2 mm

Volumen = 17 ml

En la P1, P2 y P3 se observa que la cantidad de mezcla antes calculada no es suficiente para completar el volumen de la estructura necesaria, por lo que se procede a duplicar dicho cálculo como se hizo en la P4.

Volumen

34 ml

≈

35 ml

Peso

35 ml

40.11 gr (peso de la resina)

40.11 gr / 100 (1 %) peso de resina = 0.4011 gr (cálculo de grafito)

101

P5 PROCEDIMIENTO •

Se mezclaron 35 ml de resina poliéster con 7 gotas de mek (0.231 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 7 gotas de cobalto (0.231 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso; consiguiendo un tono ocre claro traslúcido.

•

Se agrega 0.4011 gr de grafito y se combina.

•

Sobre un acetato se pega un molde y un marco de PVC de 2 mm de espesor.

•

Se vierte toda la mezcla y se coloca un acetato desde el centro quitando el exceso hacia los costados.

Figura 95. Mezcla de resina poliéster con grafito. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 96. Vaciado de mezcla sobre molde de cartón PVC. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

RECOMENDACIONES •

Esperar a que el oxígeno del grafito salga, de no ser así, éste formara burbujas en el interior.

•

Grabar en el acetato el marco de referencia, ya que una vez solidificado éste será difícil de encontrarlo para el corte a láser.

CONCLUSIONES •

La resina se secó en 4 horas; mientras lo hacía, ésta presento gran tenso-flexión aproximadamente a las dos horas; luego iba perdiendo mientras se endurecía.

•

La estructura es muy quebradiza y presenta pocas burbujas.

•

102

El color en la parte superior es regular y en la parte inferior es irregular.

Figura 97. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 98. Estructura de resina poliéster + grafito. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P5

Figura 99. Composición: resina poliéster + grafito. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

103

P6 PROCEDIMIENTO •

Se mezclaron 35 ml de resina poliéster con 7 gotas de mek (0.231 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 7 gotas de cobalto (0.231 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso; consiguiendo un tono ocre claro traslúcido.

•

Sobre un acetato se pega un molde y un marco de PVC de 2 mm de espesor.

•

Se vierte la mitad de la mezcla sobre el molde y se corta la misma estructura de la resina en fibra de vidrio, se la coloca sobre la resina la fibra y se la empapa.

•

Una vez humedecida la fibra se añade el resto de la mezcla y se coloca un acetato desde el centro quitando el exceso hacia los costados.

Figura 100. Mezcla de resina poliéster para la estructura. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 101. Vaciado de mezcla sobre molde de cartón PVC. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

RECOMENDACIONES •

La estructura de fibra de vidrio no debe de estar en contacto con el molde de PVC ya que al cortarla a láser ésta es más difícil de cortar y deja un mal terminado en los filos internos de la estructura.

Figura 102. Sobre la mezcla colocar la fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CONCLUSIONES •

La resina se secó en 4 horas.

•

La estructura muestra tenso-flexión.

•

La estructura posee burbujas. Figura 103. Estructura de resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

104

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P6

Figura 104. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

105

P7 PROCEDIMIENTO •

Se mezclaron 7 gotas de mek (0.231 ml) con 0.06 gr de pintura termocrómica, hasta que la pintura de disuelva completamente.

•

Se agrega 35 ml de resina poliéster a la mezcla anteriormente preparada. Se remueve hasta que la mezcla anterior este bien diluido y conseguir un color homogéneo.

•

Se incorpora 7 gotas de cobalto (0.231 ml) y se remueve hasta conseguir una mezcla pareja.

•

Sobre un acetato se pega un molde y un marco de PVC de 2 mm de espesor.

•

Se vierte la mitad de la mezcla sobre el molde y se corta la misma estructura de la resina en fibra de vidrio, se la coloca sobre la resina la fibra y se la empapa.

•

Una vez humedecida la fibra se añade el resto de la mezcla y se coloca un acetato desde el centro quitando el exceso hacia los costados.

RECOMENDACIONES •

Figura 105. Mezcla de resina poliéster y pintura termocrómica. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 106. Vaciado de mezcla sobre molde de cartón PVC. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 107. Sobre la mezcla colocar la misma estructura e fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CONCLUSIONES •

La resina se secó en 4 horas.

•

La estructura muestra tenso-flexión.

•

La estructura posee burbujas.

106

Figura 108. Estructura de resina poliéster + pintura termocrómica + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P7

Figura 109. Composición: resina poliéster + pintura termocrómica + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

107

3.2.2.2.1.

CONCLUSIONES

•

La resina se seca en 4 horas, pero es preferible dejarla 12 horas mínimo debido a que si entra en contacto con ellas se dejaran marcas.

•

Se consigue la tenso-flexión en la P6 y P7.

•

Se obtiene un buen acabado estético en las 3 pruebas.

•

Poseen más burbujas las que tienen fibra de vidrio en relación a la que posee grafito, esto se da debido a que las burbujas se alojan debajo de la fibra, dificultando su expulsión.

•

La fibra de vidrio debe de ser de menor tamaño en relación al corte del PVC para no obtener un acabado quemado en los filos de la estructura.

108

3.2.2.3.

ETAPA 3

En ésta etapa se busca perfeccionar la técnica del acabado sin burbujas y sin quemar la fibra de vidrio. Se vuelven a realizar pruebas con la escoria, grafito y polvillo de MDF en vista de que se observó algunos aspectos positivos en el acabado del material, mas no en su tenso-flexión. Se realizan pruebas de cubos de 4 cm x 4 cm x 4 cm para analizar el acabado final del material. Para las pruebas que vendrán a continuación se cortó un molde en PVC para la estructura de 15 cm x 30 cm con un espesor de 2mm y un marco de 1 cm hacia afuera. Para la P8, P9 y P10 la distancia entre los módulos de PVC será de 9 mm (ver Figura 110), debido a que en la pruebas de la etapa 2 la fibra de vidrio se quemaba a ser cortada en la CNC, teniendo un acabado no estético. Para la P11, P12 y P13 se utiliza el mismo corte.

P8: Resina poliéster + Pintura termocrómica + Fibra de vidrio.

P9: Resina poliéster + Fibra de vidrio.

P10: Resina poliéster + Estireno + Fibra de vidrio.

P11: Resina poliéster + Polvillo de MDF.

P12: Resina poliéster + Escoria de aluminio.

P13: Resina poliéster + Grafito.

Peso y volumen de la estructura: Para ésta prueba no se realizaron cálculos de volumen ya que se tomó en cuenta las cantidades anteriores y se las duplico, debido a que el área crece en la misma proporción.

Volumen

70 ml

Peso = 70 ml

80.22 gr (peso de la resina)

80.22 gr / 100 (1 %) peso de resina = 0.80.22 gr (cálculo de polvillo, escoria y grafito)

109

Cálculo del peso y volumen del cubo:

Volumen del cubo

40 mm x 40 mm x 40 mm

64000 mm³

64 ml

≈

65 ml

74.49 gr (peso de la resina)

Peso

74.49 gr / 100 (1 %) peso de resina = 0.7449 gr (cálculo de polvillo, escoria y grafito)

Se realizaron ambas mezclas juntas por lo que las cantidades finales fueron:

Resina poliéster

135 ml

Mek

27 gotas (0.891 ml)

Cobalto

27 gotas (0.891 ml)

Estireno (10% de resina)

13.5 ml

Polvillo, escoria y grafito

0.75 gr

Las cantidades descritas se utilizan para realizar 1 panel de 15 cm x 30 cm x 0.2 cm con un marco de 1 cm hacia afuera; y 1 cubo de 4 cm x 4 cm x 4 cm.

110

0,3

0, 0,0 005 0,0 07 09

0,0 0,0 09 0,0 07 05

0,009 0,007 0,005

Fibra de vidrio Corte láser Módulos

0,15 Figura 110. Corte a láser de PVC, fibra y módulo. 2017. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Para la P8, P9 y P10 la distancia entre los módulos de PVC será de 9 mm. La fibra de vidrio tiene una distancia en la estructura de 5 mm y para el corte en la CNC se utiliza un vector con una distancia en la estructura de 7 mm, teniendo un offset entre el PVC y la fibra de vidrio de 2 mm, con el objetivo de que no se queme la fibra de vidrio. Para la P11, P12 y P13 se utilizara el procedimiento anterior descrito obviando el corte de la fibra de vidrio. 111

P8 MEZCLA •

Se mezcla 1,2 gr de pintura termocrómica (rojo) en 27 gotas de mek (0.891 ml), hasta que la pintura se derrita.

•

Se agrega 135 ml de resina poliéster a la mezcla anteriormente preparada. Se remueve hasta que la mezcla anterior este bien diluido y conseguir un color homogéneo.

•

Figura 111. Mezcla de resina poliéster y pintura termocrómica. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se añade 27 gotas de cobalto (0.891 ml), y se remueve hasta conseguir una mezcla regular.

VACIADO •

Se corta el molde de PVC a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

•

Se vacía aproximadamente 1 mm de resina poliéster sobre el molde y se procede a colocar la fibra de vidrio. Empape la fibra en la resina de tal manera que se remoje completamente, esto se hace para evitar que se generen burbujas.

•

Se completa el vaciado de la mezcla sobre la fibra de vidrio.

•

Se coloca la lámina de acetato en forma de una parábola en el centro y con ayuda de una paleta se procede a asentar sobre el molde lentamente hacia los extremos, quitando el exceso para evitar que se formen burbujas.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo. Las pruebas se dejaron secar por 5 días.

112

Figura 112. Colocar mezcla y sobre la misma la fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 113. Completar el vaciado de mezcla sobre fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 114. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P8 VACIADO CUBO

Figura 115. Vaciado de mezcla y colocación de fibra de vidrio en el cubo.

•

Se arma un cubo de MDF de 4cm x 4cm x 4cm en el interior y se lo forra internamente con acetato, esto se realiza para que la mezcla no se pegue en el MDF y para obtener un acabado pulimentado.

•

Se vierte 8 ml de la mezcla en el cubo y se coloca una lámina de fibra de vidrio de 3 cm x 3 cm en el centro. Se vierten otros 8 ml y se vuelve a colocar otra lámina de fibra de vidrio. El procedimiento se repite hasta completar 4 cm de altura.

•

El cubo se dejó secar por 5 días.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA Figura 116. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se corta la estructura en una CNC a láser. Revisar Figura 110.

Figura 117. Estructura de resina poliéster + pintura termocrómica + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

113

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P8

Figura 118. Composición: resina poliéster + pintura termocrómica + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

114

P9 MEZCLA •

Se mezcla 135 ml de resina poliéster con 27 gotas de mek (0.891 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 27 gotas de cobalto (0.891 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

Figura 119. Molde para la estructura en cartón PVC de 2 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO •

Se corta el molde de PVC a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

•

Se vacía aproximadamente 1mm de resina poliéster sobre el molde y se procede a colocar la fibra de vidrio. Empape la fibra en la resina de tal manera se remoje completamente, esto se hace para evitar que se generen burbujas.

•

Se completa el vaciado de la mezcla sobre la fibra de vidrio.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo. Las pruebas se dejaron secar por 5 días.

Figura 120. Mezcla de resina poliéster para la estructura. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 121. Colocar mezcla y sobre la misma la fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 122. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

115

P9 VACIADO CUBO •

Se arma un cubo de MDF de 4cm x 4cm x 4cm en el interior y se lo forra internamente con acetato, esto se utiliza para que la mezcla no se pegue en el MDF y para obtener un acabado pulimentado.

•

Se vierte 8 ml de la mezcla en el cubo y se coloca una lámina de fibra de vidrio de 3 cm x 3 cm en el centro. Se vierte otros 8 ml y se vuelve a colocar otra lámina de fibra de vidrio. El procedimiento se repite hasta completar 4 cm de altura.

•

Figura 123. Vaciado de mezcla y colocación de fibra de vidrio en el cubo. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El cubo se dejó secar por 5 días.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Revisar Figura 110.

Figura 124. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 125. Estructura de resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

116

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P9

Figura 126. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

117

P10 MEZCLA •

Se mezcla 135 ml de resina poliéster con 13.5 ml de estireno hasta conseguir que se combinen y se haga más líquida.

•

Se añade a la mezcla anteriormente preparada 27 gotas de mek (0.891 ml) y se bate.

•

Se incorpora 27 gotas de cobalto (0.891 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

Figura 127. Molde para la estructura en cartón PVC de 2 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO •

Se corta el molde de PVC a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

Figura 128. Mezcla de resina poliéster con estireno. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se completa el vaciado de la mezcla sobre la fibra de vidrio.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo. Las pruebas se dejaron secar por 5 días.

118

Figura 129. Colocar mezcla y sobre la misma la fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 130. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P10 VACIADO CUBO

Figura 131. Vaciado de mezcla y colocación de fibra de vidrio en el cubo.

•

Se arma un cubo de MDF de 4cm x 4cm x 4cm en el interior y se lo forra internamente con acetato, esto se utiliza para que la mezcla no se pegue en el MDF y para obtener un acabado pulimentado.

•

El cubo se dejó secar por 5 días.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA Figura 132. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se corta la estructura en una CNC a láser. Revisar Figura 110.

Figura 133. Estructura de resina poliéster + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

119

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P10

Figura 134. Composición: resina poliéster + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

120

P11 MEZCLA •

Se mezcla 135 ml de resina poliéster con 27 gotas de mek (0.981 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 27 gotas de cobalto (0.891 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

•

Se añade 0.75 gr de polvillo de MDF y se bate hasta expulsar todo el oxígeno de éste.

Figura 135. Molde para la estructura en cartón PVC de 2 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO •

Se corta el molde de PVC a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

•

Se vacía toda la mezcla sobre las hendiduras del molde de PVC y se espera 10 minutos para que salgan algunas burbujas.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo. Las pruebas se dejaron secar por 5 días.

Figura 136. Mezcla de resina poliéster con polvillo de mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 137. Colocar mezcla sobre molde de cartón PVC. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 138. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

121

P11 VACIADO CUBO •

Se arma un cubo de MDF de 4cm x 4cm x 4cm en el interior y se lo forra internamente con acetato, esto se utiliza para que la mezcla no se pegue en el MDF y para obtener un acabado pulimentado.

•

Se vierte 65 ml de la mezcla en el cubo.

•

El cubo se dejó secar por 5 días.

Figura 139. Vaciado de mezcla en el cubo para observar el acabado. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Revisar Figura 110.

Figura 140. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 141. Estructura de resina poliéster + polvillo de mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

122

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P11

Figura 142. Composición: resina poliéster + polvillo de MDF. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

123

P12 MEZCLA •

Se mezcla 135 ml de resina poliéster con 27 gotas de mek (0.891 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 27 gotas de cobalto (0.891 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

•

Se añade 0.75 gr de escoria de aluminio y se bate hasta expulsar todo el oxígeno de éste.

Figura 143. Molde para la estructura en cartón PVC de 2 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO •

Se corta el molde de PVC a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

Figura 144. Mezcla de resina poliéster con escoria de aluminio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se vacía toda la mezcla sobre las hendiduras del molde de PVC y se espera 10 minutos para que salgan algunas burbujas.

•

Figura 145. Colocar mezcla sobre molde de cartón PVC. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo. Las pruebas se dejaron secar por 5 días.

Figura 146. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

124

P12 VACIADO CUBO

Figura 147. Vaciado de mezcla en el cubo para observar el acabado. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se arma un cubo de MDF de 4cm x 4cm x 4cm en el interior y se lo forra internamente con acetato, esto se utiliza para que la mezcla no se pegue en el MDF y para obtener un acabado pulimentado.

•

Se vierte 65 ml de la mezcla en el cubo.

•

El cubo se dejó secar por 5 días.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Revisar Figura 110.

Figura 148. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 149. Estructura de resina poliéster + escoria de aluminio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

125

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P12

Figura 150. Composición: resina poliéster + escoria de aluminio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

126

P13 MEZCLA •

Se mezcla 135 ml de resina poliéster con 27 gotas de mek (0.891 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 27 gotas de cobalto (0.891 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

•

Se añade 0.75 gr de grafito y se bate hasta expulsar todo el oxígeno de éste.

Figura 151. Molde para la estructura en cartón PVC de 2 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO

Figura 152. Mezcla de resina con grafito para la estructura. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se corta el molde de PVC a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

•

Se vacía toda la mezcla sobre las hendiduras del molde de PVC y se espera 10 minutos para que salgan algunas burbujas.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo. Las pruebas se dejaron secar por 5 días.

Figura 153. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

127

P13 VACIADO CUBO •

Se arma un cubo de MDF de 4cm x 4cm x 4cm en el interior y se lo forra internamente con acetato, esto se utiliza para que la mezcla no se pegue en el MDF y para obtener un acabado pulimentado.

•

Se vierte 65 ml de la mezcla en el cubo.

•

El cubo se dejó secar por 5 días.

Figura 154. Vaciado de mezcla en el cubo para observar el acabado. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Revisar Figura 110.

Figura 155. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 156. Estructura de resina poliéster + grafito. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

128

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P13

Figura 157. Composición: resina poliéster + grafito. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

129

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P8.

Figura 158. Composición: resina poliéster + pintura termocrómica + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observa en la estructura que se generan burbujas debajo de la fibra de vidrio, causa: porque la fibra no se humedeció bien. Se puede ver el quemado de la fibra de vidrio. Los filos de la estructura que fueron cortados con láser tienen un buen acabado, en algunos casos se pueden ver quemaduras, esto se debe a que la fibra no encajo en el molde o se salió de éste y al cortarla con el láser ésta se quema. Posee una superficie lisa y homogénea, con líneas horizontales debido a que el acetato posee un rayado. Se debe tener en consideración para el prototipo final que el acetato no se encuentre rayado. 130

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P9.

Figura 159. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observan las mismas burbujas que en el caso anterior. El quemado de la fibra de vidrio es leve. Los filos de la estructura que fueron cortados con láser tienen un buen acabado, en algunos casos se pueden ver quemaduras, esto se debe a que la fibra no encajo en el molde o se salió de éste y al cortarla con el láser ésta se quema. Posee una superficie lisa y homogénea, con líneas horizontales en ambos lados debido a que el acetato posee un rayado.

131

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P10.

Figura 160. Composición: resina poliéster + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observan menos burbujas que en los casos anteriores. El quemado de la fibra de vidrio es leve. Los filos de la estructura que fueron cortados con láser tienen un buen acabado, en algunos casos se pueden ver quemaduras, esto se debe a que la fibra no encajo en el molde o se salió de este y al cortarla con el láser ésta se quema. Posee una superficie lisa y homogénea, con líneas horizontales debido a que el acetato posee un rayado.

132

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P11.

Figura 161. Composición: resina poliéster + polvillo de MDF. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observa que posee muchas burbujas muy pequeñitas debido a que el aserrín posee partículas de oxígeno que no logran ser liberadas. Los filos de la estructura que fueron cortados con láser tienen un buen acabado. Posee una superficie lisa y homogénea con pocas líneas horizontales. Se puede considerar usar estireno para hacer más liquida la mezcla y conseguir que ésta al combinarse con el aserrín pueda expulsar todas las burbujas.

133

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P12.

Figura 162. Composición: resina poliéster + escoria de aluminio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observan burbujas grandes y se puede deducir que es porque la masa no es muy plástica. Los filos de la estructura que fueron cortados a laser no poseen un buen acabado en la parte inferior, debido a la escoria de aluminio que se asienta en la parte inferior del panel. Posee una superficie lisa y homogénea con pocas líneas horizontales. Por un lado es brillante y por el otro paso es café.

134

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P13.

Figura 163. Composición: resina poliéster + grafito. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observan burbujas pequeñas de aproximadamente 0.5 mm debido a que el grafito posee partículas de oxígeno que no se lograron expulsar al combinarse con la resina. Los filos de la estructura que fueron cortados con láser tienen un buen acabado. La superficie por un lado posee ralladuras y por el otro no. Posee un color homogéneo. Se puede apreciar que es una estructura muy débil, ya que tiende a trisarse fácilmente. La mezcla en el estado de fraguado es muy plástica y elástica, pero en su estado final es muy quebradiza. 135

Figura 164. Fotos del cubo P8: frontal, lateral y perspectiva. Composición: resina poliéster + pintura termocrómica + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

En el cubo se aprecia una lámina de fibra de vidrio en la cara inferior, siendo esta la única visible, en él se aprecian burbujas. Posee un acabado pulimentado en sus 4 lados. La cara superior es la que posee irregularidades en los bordes. El cubo posee un color homogéneo.

Figura 165. Fotos del cubo P9: frontal, lateral y perspectiva. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

En el cubo se aprecian las láminas de fibra de vidrio en la profundidad de éste y no en su ubicación original. Se presentan muchas burbujas entre las láminas de fibra de vidrio. Posee un acabado pulimentado excepto en la cara superior. Tiene un color homogéneo.

Figura 166. Fotos del cubo P10: frontal, lateral y perspectiva. Composición: resina poliéster + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

En el cubo se aprecian las láminas de fibra de vidrio en la profundidad de éste y no en su ubicación original. Se presentan pocas burbujas entre las láminas de fibra de vidrio. Posee un acabado pulimentado excepto en la cara superior. Tiene un color homogéneo. 136

Figura 167. Fotos del cubo P11: frontal, lateral y perspectiva. Composición: resina poliéster + polvillo de MDF. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El cubo presenta un acabado pulimentado excepto en la cara superior, en donde presenta una gran cantidad de burbujas. Internamente posee burbujas muy pequeñas, debido al oxígeno que posee el polvillo de MDF. Tiene un color homogéneo.

Figura 168. Fotos del cubo P12: frontal, lateral y perspectiva. Composición: resina poliéster + escoria de aluminio. 2017. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El cubo presenta un acabado pulimentado excepto en la cara superior, en donde presenta una gran cantidad de burbujas. La escoria observa gran cantidad de escoria en la parte inferior en relación al resto del cubo. Posee un degradado en su color debido a la escoria.

Figura 169. Fotos del cubo P13: frontal, lateral y perspectiva. Composición: resina poliéster + grafito. 2017. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El cubo presenta un acabado pulimentado excepto en la cara superior, en donde presenta pocas burbujas. En las caras se observan unas pequeñas burbujas equidistantes, dando un acabado regular. Posee un color homogéneo. 137

RELLENO DE LA ESTRUCTURA: P9 MEZCLA •

Sobre un recipiente plástico colocamos 60 ml de acrílico líquido y 0.6 gr de pintura termocrómica (roja), se mezcla completamente hasta conseguir que la pintura se disuelva completamente.

•

Luego agregamos 60 gr de acrílico en polvo a la mezcla anterior y removemos hasta conseguir una consistencia espesa.

Figura 170. Mezcla de acrílico con pintura termocrómica. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO •

Sobre una lámina de acetato se coloca la estructura de resina (P9) y se procede a asegurar con cinta.

•

Vaciar toda la mezcla sobre la estructura.

•

Enseguida se coloca otra lámina de acetato en forma de una parábola en el centro y con ayuda de una paleta se procede a asentar sobre el molde lentamente hacia los extremos, quitando el exceso para evitar que se formen burbujas.

•

Para el fraguado del acrílico se debe colocar sobre la placa una superficie plana y también se debe poner peso sobre ésta para evitar que esta se pandee.

Figura 171. Vaciado de la mezcla sobre estructura de P9. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 172. Retirar exceso de mezcla con ayuda del acetato. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 173. Relleno de estructura con Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

138

EVALUACIÓN DEL RELLENO: P9

Figura 174. Relleno de la estructura con Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Durante el proceso se utilizó acetato el mismo que se pegó en el acrílico, dándole un acabado brilloso propio de éste material, mas no por la materialidad misma del acrílico. Por la falta de peso y por el uso del acetato sobre el panel luego del vaciado, éste se levantó al entrar en su estado térmico de fraguado, por lo que obtuvo un acabado ondulante. Posee burbujas en el acrílico ya que la mezcla no estuvo muy líquida antes de vaciarla. Posee un color homogéneo.

139

RELLENO DE LA ESTRUCTURA: P10 MEZCLA •

Se mezcla 0.6 gr de pintura termocrómica (rojo) en 14 gotas de mek (0.462 ml), hasta que la pintura se derrita.

•

Se agrega 70 ml de resina poliéster a la mezcla anteriormente preparada y también se añade el 10% de estireno (7 ml) de la misma sobre ésta. Se remueve hasta que la mezcla anterior este bien diluido y conseguir un color homogéneo.

•

Figura 175. Mezcla de resina poliéster con pintura termocrómica. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se añade 14 gotas de cobalto (0.462 ml), y se remueve hasta conseguir una mezcla regular.

VACIADO •

Sobre una lámina de acetato se coloca la estructura de resina (P9) y se procede a asegurar con cinta.

•

Vaciar toda la mezcla sobre la estructura.

•

Como experimentación se calienta la mezcla con una pistola de calor con el objetivo de eliminar burbujas.

•

Para el fraguado de la resina se debe colocar sobre la placa una superficie plana y también se debe poner peso sobre ésta para evitar que esta se pandee.

Figura 176. Vaciado de la mezcla sobre estructura de P10. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 177. Retirar exceso de mezcla con ayuda del acetato. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 178. Relleno de estructura con Resin-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

140

EVALUACIÓN DEL RELLENO: P10

Figura 179. Relleno de la estructura con Resin-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Durante el proceso se utilizó acetato el mismo que se logró desprender fácilmente de la resina. Este panel luego de ser vaciado si se le colocó peso a diferencia del anterior, por lo cual el panel quedo liso. Posee pocas burbujas ya que antes de colocar el acetato sobre la mezcla se utilizó una pistola de calor, la cual permitió que la mayoría de las burbujas sean expulsadas. Se puede observar que el relleno hace que la estructura sea rígida, siendo esta quebradiza al entrar en tenso-flexión. Posee un color homogéneo. 141

3.2.2.3.1.

CONCLUSIONES

•

Todas las pruebas de la estructura realizadas poseen un buen acado pulimentado con burbujas, siendo las que tienen menor cantidad de las mismas las P10, P11 y P13.

•

Con el uso del estireno se aprecia que la mezcla se hace más líquida y plástica, obteniendo así una disminución en la generación de las burbujas.

•

En las pruebas que tienen fibra de vidrio (P8, P9 y P10) se observa el quemado de la fibra a láser, por lo que se debe perfeccionar la técnica de corte.

•

Las que poseen quemado en sus bordes son las pruebas que poseen fibra de vidrio (P8, P9 y P10) y escoria de aluminio (P12). Mientras que poseen un buen acabado en sus bordes son las que polvillo de MDF (P11) y grafito (P13).

•

Las pruebas con escoria de aluminio y grafito (P12 y P13) son muy quebradizas y se las descarta para futuros ensayos.

•

La estructura al ser rellenada se hace rígida, perdiendo la tenso-flexión.

•

Debido al uso del acetato en el relleno de la P9 se obtiene una acabado onduleante.

3.2.2.3.2.

RECOMENDACIONES

•

Se debe colocar cuidadosamente la fibra de vidrio de tal manera que haya una separación entre la ésta y el molde de 2 mm. De no ser así se quemaran los borde con el corte a láser.

•

Se considera que el acetato no debe de tener ralladuras, ya que éstas se logran ver después del fraguado.

•

Se debe de colocar peso encima del panel cuando se haya terminado de rellenar la estructura.

•

Si se desea obtener un acabado onduleante se recomienda usar acetato en ambos lados y sin peso, ya que el acrílico al entrar en su estado térmico de fraguado logra deformar el acetato; pero si se desea un acabado liso se debe colocar peso sobre el acetato o lámina poliéster con peso o sin peso en ambos lados.

•

Se necesita ensayar con el espesor de la estructura de 1 mm, ya que al fundir los vacíos que posee el panel se hace muy rígido haciendo que pierda la tenso-flexión lograda.

142

3.2.2.4.

ETAPA 4

En ésta última etapa se busca realizar una estructura de 1 mm de espesor que posea mayor tenso-flexión, perfeccionando la técnica del acabado sin burbujas. El siguiente paso es hacer pruebas de tenso-flexión a la estructura para deducir cuál es la que se utilizara posteriormente. Finalmente se realizan pruebas de relleno del panel utilizando Acrilic-Thermochromic, Resin-Thermochromic y Bioplastic-Thermochromic. Para las pruebas que vendrán a continuación se cortó un molde en cartón maqueta para la estructura de 15 cm x 30 cm con un espesor de 1 mm y un marco de 1 cm hacia afuera. Para todas las pruebas se utilizó el mismo diagrama de corte de la etapa 3.

P14: Resina poliéster + Estireno + Fibra de vidrio.

P15: Resina poliéster + Fibra de vidrio.

P16: Resina poliéster + Estireno + Pintura termocrómica + Fibra de vidrio

P17: Resina poliéster + Estireno + Polvillo de MDF.

Peso y volumen de la estructura: Para ésta pruebas se realizó un cálculo de volumen aproximado.

Volumen

30 ml

Peso

30 ml

34.38 gr (peso de la resina)

34.38 gr / 100 (1 %) peso de resina = 0.3438 gr (cálculo de polvillo de MDF)

Mek

6 gotas (0.198 ml)

Cobalto

6 gotas (0.198 ml)

Estireno (20% de resina)

6 ml

Pintura termocrómica

0.03 gr

143

P14 MEZCLA •

Se mezcla 30 ml de resina poliéster con 6 ml de estireno hasta conseguir que se combinen y se haga más líquida.

•

Se añade a la mezcla anteriormente preparada 6 gotas de mek (0.198 ml) y se bate.

•

Se incorpora 6 gotas de cobalto (0.198 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

Figura 180. Molde para la estructura en cartón maqueta de 1 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO •

•

Se corta el molde de cartón maqueta a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste. Se vacía aproximadamente la mitad de la mezcla de resina poliéster sobre el molde y se procede a colocar la fibra de vidrio. Empape la fibra en la resina de tal manera se remoje completamente, esto se hace para evitar que se generen burbujas.

Figura 181. Mezcla de resina poliéster con estireno para la estructura. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 182. Vaciar la mitad de la mezcla sobre el molde. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 183. Colocar el corte en fibra de vidrio sobre la mezcla. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

144

P14 •

Se completa el vaciado de la mezcla sobre la fibra de vidrio.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo.

Figura 184. Vaciar el resto de la mezcla sobre fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Ver Figura 110.

Figura 185. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 186. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 187. Estructura de resina poliéster + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

145

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P14

Figura 188. Composición: resina poliéster + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

146

P15 MEZCLA •

Se mezcla 30 ml de resina poliéster con 6 gotas de mek (0.198 ml) hasta conseguir que se combinen.

•

Se incorpora 6 gotas de cobalto (0.198 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

Figura 189. Molde para la estructura en cartón maqueta de 1 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 190. Mezcla de resina poliéster para la estructura. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO •

Se corta el molde de cartón maqueta a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

•

Se vacía aproximadamente la mitad de la mezcla de resina poliéster sobre el molde y se procede a colocar la fibra de vidrio. Empape la fibra en la resina de tal manera se remoje completamente, esto se hace para evitar que se generen burbujas.

Figura 191. Vaciar la mitad de la mezcla sobre el molde. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 192. Colocar el corte en fibra de vidrio sobre la mezcla. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

147

P15 •

Se completa el vaciado de la mezcla sobre la fibra de vidrio.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo.

Figura 193. Vaciar el resto de la mezcla sobre fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Ver Figura 110. Figura 194. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 195. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 196. Estructura de resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

148

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P15

Figura 197. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

149

P16 MEZCLA •

Se mezcla 0.6 gr de pintura termocrómica (rojo) en 6 gotas de mek (0.198 ml), hasta que la pintura se derrita.

•

Se mezcla 30 ml de resina poliéster con 6 ml de estireno, y se procede a añadir dicha mezcla con la anterior hasta conseguir que se combinen y que obtengan un color homogéneo.

•

Figura 198. Molde para la estructura en cartón maqueta de 1 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se incorpora 6 gotas de cobalto (0.198 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

VACIADO •

•

Se corta el molde de cartón maqueta a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

Figura 199. Mezcla de resina poliéster con pintura termocrómica y estireno. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

150

P16 •

Se completa el vaciado de la mezcla sobre la fibra de vidrio.

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo.

Figura 201. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Ver Figura 110.

Figura 202. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 203. Estructura de resina + pintura termocrómica + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

151

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P17

Figura 204. Composición: resina poliéster + pintura termocrómica + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

152

P17 MEZCLA

Figura 205. Molde para la estructura en cartón maqueta de 1 mm. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Se mezcla 30 ml de resina poliéster con 6 ml de estireno hasta conseguir que se combinen y se haga más líquida.

•

Se añade a la mezcla anteriormente preparada 6 gotas de mek (0.198 ml) y se bate.

•

Se incorpora 6 gotas de cobalto (0.198 ml) y se diluye desde el centro para que no se pegue en las paredes del vaso.

•

Se añade 0.3438 gr de polvillo de MDF y se bate hasta expulsar todo el oxígeno de éste.

VACIADO Figura 206. Mezcla de resina poliéster con estireno y polvillo de mdf.

•

Se corta el molde de cartón maqueta a láser y se graba el mismo vector sobre una lámina de acetato. Posteriormente se pega las piezas sobre éste.

•

Se vacía toda la mezcla sobre las hendiduras del molde de cartón maqueta y se espera 10 minutos para que salgan algunas burbujas.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 207. Vaciar toda la mezcla sobre el molde. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

153

P17 •

•

Finalmente se procede a colocar un vidrio sobre éste para evitar el ingreso del aire al molde y el pandeo.

Figura 208. Colocar lámina de acetato para eliminar el exceso de resina. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

CORTE DE LA ESTRUCTURA •

Se corta la estructura en una CNC a láser. Ver Figura 109.

Figura 209. Corte de la estructura a láser, según Figura 110. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 210. Estructura de resina poliéster + estireno + polvillo de mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

154

AXONOMETRIA EXPLOTADA: P17

Figura 211. Composición: resina poliéster + estireno + polvillo de mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

155

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P14

Figura 212. Composición: resina poliéster + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P15

Figura 213. Composición: resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

157

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P16

Figura 214. Composición: resina + pintura termocrómica + estireno + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA: P17

Figura 215. Composición: resina + estireno + polvillo de mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observa que posee muchas burbujas muy pequeñitas debido a que el polvillo de mdf posee partículas de oxígeno que no logran ser liberadas. Los filos de la estructura que fueron cortados con láser tienen un buen acabado. Posee una superficie lisa y homogénea con pocas líneas horizontales. Se puede considerar usar estireno para hacer más liquida la mezcla y conseguir que ésta al combinarse con el aserrín pueda expulsar todas las burbujas.

159

DIAGRAMA DE PRUEBA TRIAXIAL

Prueba 1600 ml Figura 216. Diagrama de prueba triaxial (1600 ml). Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Se realiza una prueba triaxial para comprobar la tensoflexiรณn en las pruebas de estructuras antes realizadas (P14, P15, P16 y P17). Para medir la tenso-flexiรณn se vierte 200 ml de agua en la botella para cada muestra, llegando a 2300 ml. El listรณn debe de sobresalir del panel en su lado mรกs corto para que se pueda aplicar la fuerza al panel de manera uniforme. 160

PRUEBA TRIAXIAL: Q 14

Figura 217. Fotografías prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P14

Curvatura: P14 Figura 218. Diagrama de curvatura y grados. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Fotografía

Volumen

400 ml

800 ml

1200 ml

1600 ml

2000 ml

2300 ml

Figura 219. Leyenda fotografías. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

161

ANÁLISIS DE DATOS DE PRUEBA TRIAXIAL: Q 14

Diagrama de esfuerzo: P14 Figura 220. Diagrama de esfuerzo de prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Tabla 9. Datos de la prueba triaxial.

Milílitros (ml) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2300

P14: Resina + Estireno + Fibra de vidrio Kilogramos (kg) Gravedad (m/s) F(N)=m.g Distancia m 0.2 9.8 1.96 0.003 0.4 9.8 3.92 0.006 0.6 9.8 5.88 0.009 0.8 9.8 7.84 0.012 1 9.8 9.8 0.015 1.2 9.8 11.76 0.018 1.4 9.8 13.72 0.021 1.6 9.8 15.68 0.025 1.8 9.8 17.64 0.029 2 9.8 19.6 0.033 2.2 9.8 21.56 0.037 2.3 9.8 22.54 0.039

Módulo E 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 627.2 608.2759 593.9394 582.7027 577.9487

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observa que el límite elástico en la prueba P14 es 653.33 N al recibir una carga de 13.72 N, teniendo una deformación de 21 mm en el centro. La tensión de ruptura no se da en esta prueba del mismo modo que la deformación de ruptura, obteniendo una distancia unitaria con 2.3 kg de 39 mm. La estructura tiene un declive elástico a partir de 15.68 N el mismo que ira decreciendo.

162

PRUEBA TRIAXIAL: Q 15

Figura 221. Fotografías prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P15

Curvatura: P15 Figura 222. Diagrama de curvatura y grados. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Fotografía

Volumen

400 ml

800 ml

1200 ml

1600 ml

2000 ml

2300 ml

Figura 223. Leyenda fotografías. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

163

ANÁLISIS DE DATOS DE PRUEBA TRIAXIAL: Q 15

Diagrama de esfuerzo: P15 Figura 224. Diagrama de esfuerzo de prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Tabla 10. Datos de la prueba triaxial.

Milílitros (ml) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2300

P 15: Resina + Fibra de vidrio Kilogramos (kg) Gravedad (m/s) F(N)=m.g Distancia m 0.2 9.8 1.96 0.003 0.4 9.8 3.92 0.006 0.6 9.8 5.88 0.009 0.8 9.8 7.84 0.012 1 9.8 9.8 0.015 1.2 9.8 11.76 0.018 1.4 9.8 13.72 0.021 1.6 9.8 15.68 0.025 1.8 9.8 17.64 0.028 2 9.8 19.6 0.033 2.2 9.8 21.56 0.037 2.3 9.8 22.54 0.039

Módulo E 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 653.3333 627.2 630 593.9394 582.7027 577.9487

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observa que el límite elástico en la prueba P15 es 653.33 N al recibir una carga de 13.72 N, teniendo una deformación de 21 mm en el centro. La tensión de ruptura no se da en esta prueba del mismo modo que la deformación de ruptura, obteniendo una distancia unitaria con 2.3 kg de 39 mm. La estructura tiene un declive elástico a partir de 15.68 N el mismo que ira decreciendo.

164

PRUEBA TRIAXIAL: Q 16

Figura 225. Fotografías prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P16

Curvatura: P16 Figura 226. Diagrama de curvatura y grados. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Fotografía

Volumen

400 ml

800 ml

1200 ml

1600 ml

2000 ml

2300 ml

Figura 227. Leyenda fotografías. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

165

ANÁLISIS DE DATOS DE PRUEBA TRIAXIAL: Q 16

Diagrama de esfuerzo: P16 Figura 228. Diagrama de esfuerzo de prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Tabla 11. Datos de la prueba triaxial.

P16: Resina + Estireno + Pintura termocromica + Fibra de vidrio Milílitros (ml) Kilogramos (kg) Gravedad (m/s) F(N)=m.g Distancia m Módulo E 200 0.2 9.8 1.96 0.004 490 400 0.4 9.8 3.92 0.007 560 600 0.6 9.8 5.88 0.01 588 800 0.8 9.8 7.84 0.013 603.0769 1000 1 9.8 9.8 0.017 576.4706 1200 1.2 9.8 11.76 0.02 588 1400 1.4 9.8 13.72 0.022 623.6364 1600 1.6 9.8 15.68 0.025 627.2 1800 1.8 9.8 17.64 0.028 630 2000 2 9.8 19.6 0.032 612.5 2200 2.2 9.8 21.56 0.034 634.1176 2300 2.3 9.8 22.54 0.036 626.1111 Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

La gráfica del diagrama de esfuerzo no posee una continuidad lineal, debido a que la estructura ya poseia una ruptura en su lateral en lado más largo antes de someterse a la prueba triaxial, por lo que los datos poseen un margen de error. Se observa que el límite elástico en la prueba P16 es 623.64 N al recibir una carga de 13.72 N o 1400 ml, tomando como referencia el límite elástico de las anteriores dos pruebas, teniendo una deformación de 22 mm en el centro. La tensión de ruptura y la deformación de ruptura no se las puede apreciar. 166

PRUEBA TRIAXIAL: Q 16

Figura 229. Fotografías prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

P17

Curvatura: P17 Figura 230. Diagrama de curvatura y grados. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Fotografía

Volumen

400 ml

800 ml

1200 ml

1600 ml

2000 ml

2300 ml

Figura 231. Leyenda fotografías. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

167

ANÁLISIS DE DATOS DE PRUEBA TRIAXIAL: Q 17

Diagrama de esfuerzo: P17 Figura 232. Diagrama de esfuerzo de prueba triaxial. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Tabla 12. Datos de la prueba triaxial.

Milílitros (ml) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2300

P17: Resina + Estireno + Polvillo de MDF Kilogramos (kg) Gravedad (m/s) F(N)=m.g Distancia m Módulo E 0.2 9.8 1.96 0.003 653.3333 0.4 9.8 3.92 0.006 653.3333 0.6 9.8 5.88 0.009 653.3333 0.8 9.8 7.84 0.012 653.3333 1 9.8 9.8 0.015 653.3333 1.2 9.8 11.76 0.018 653.3333 1.4 9.8 13.72 0.021 653.3333 1.6 9.8 15.68 0.024 653.3333 1.8 9.8 17.64 0.027 653.3333 2 9.8 19.6 0.03 653.3333 2.2 9.8 21.56 0.033 653.3333 2.3 9.8 22.54 0.036 626.1111

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se observa que el límite elástico en la prueba P17 es 653.33 N al recibir una carga de 21.56 N, teniendo una deformación de 33 mm en el centro. La tensión de ruptura no se da en esta prueba del mismo modo que la deformación de ruptura, obteniendo una distancia unitaria con 2.3 kg de 36 mm. La estructura tiene un declibe elástico a partir de 22.54 N. Éste es el más óptimo en tenso-flexión pero al mismo tiempo al llegar a la tensión de ruptura, no volvería a su estado original como en los anteriores. 168

RELLENO DE LA ESTRUCTURA: P14 MEZCLA

Figura 233. Estructura de resina poliéster + estireno + fibra de vidrio.

•

Sobre un recipiente plástico colocamos 50 ml de acrílico líquido y 0.5 gr de pintura termocrómica (azul), se mezcla completamente hasta conseguir que la pintura se disuelva completamente.

•

Luego agregamos 50 gr de acrílico en polvo a la mezcla anterior y removemos hasta conseguir una consistencia espesa.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO

Figura 234. Vaciado de la mezcla sobre estructura de P14.

•

La mezcla a utilizar sobre la estructura se obtiene luego de haber mezclado los componentes exactamente 1 minuto.

•

Sobre una lámina poliéster se coloca la estructura de resina (P14) y se procede a asegurar con cinta.

•

Vaciar toda la mezcla sobre la estructura.

•

Enseguida se coloca otra lámina de poliéster en forma de una parábola en el centro y con ayuda de una paleta se procede a asentar sobre el molde lentamente hacia los extremos, quitando el exceso para evitar que se formen burbujas.

•

Para el fraguado del acrílico se debe colocar sobre la placa una superficie plana y también se debe poner peso sobre ésta para evitar que esta se pandee.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 235. Retirar exceso de acrílico con lámina de poliéster. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 236. Relleno de estructura con Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

169

EVALUACIÓN DEL RELLENO: P14

Figura 237. Relleno de la estructura con Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El relleno posee un acabado homogéneo y pulimentado con pocas burbujas. Tiene un color parejo poco intenso, esto se debe a la cantidad de pigmento termocrómico que se utilizó, mientas más pintura se utilice se obtendrá un color más fuerte. El acrílico sin color es un material que no es completamente transparente, por lo que al mezclarlo con la pintura sigue teniendo esta misma característica de enturbiamiento. Al colocar en ambos lados una lámina de poliéster se obtuvo un brillo en el relleno propio del acrílico. 170

RELLENO DE LA ESTRUCTURA: P15 MEZCLA •

Se mezcla 0.5 gr de pintura termocrómica (amarilla) en 20 gotas de mek (0.66 ml), hasta que la pintura se derrita.

•

Se agrega 50 ml de resina poliéster a la mezcla anteriormente preparada y también se añade el 20% de estireno (10 ml) de la misma sobre ésta. Se remueve hasta que la mezcla anterior este bien diluido y conseguir un color homogéneo.

•

Se añade 20 gotas de cobalto (0.66 ml), y se remueve hasta conseguir una mezcla regular.

Figura 238. Estructura de resina poliéster + fibra de vidrio. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO Figura 239. Vaciado de la mezcla sobre estructura de P15.

•

Sobre una lámina de acetato se coloca la estructura de resina (P15) y se procede a asegurar con cinta.

•

Vaciar toda la mezcla sobre la estructura.

•

Para el fraguado de la resina se debe colocar sobre la placa una superficie plana y también se debe poner peso sobre ésta para evitar que esta se pandee.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 240. Retirar exceso con ayuda de lámina de acetato. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 241. Relleno de estructura con Resin-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

171

EVALUACIÓN DEL RELLENO: P15

Figura 242. Relleno de estructura con Resin-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El relleno posee un acabado homogéneo, pulimentado y traslúcido con pocas burbujas en relación al relleno del P14. Tiene un color parejo en sus módulos más pequeños, en relación con los grandes donde su color se pierde con un difuminado en el centro, esto se debe a que en el momento de distribuir la mezcla ésta no se logró esparcir de manera uniforme, quedando menos cantidad de resin-thermochromic en algunos lados. La intensidad del color depende de la cantidad de pigmento termocrómico que se utilice. Al colocar en ambos lados una lámina de acetato se obtuvo un brillo en el relleno propio de la resina. 172

RELLENO DE LA ESTRUCTURA: P17 MEZCLA

Figura 243. Estructura de resina poliéster + estireno + polvillo de mdf.

•

Se coloca 125 ml de agua en un vaso de precipitación a una temperatura aproximada de 25ºC, y se procede a mezclar con 30 gr de colágeno, hasta conseguir disolver los grumos generados por la combinación.

•

Añadimos 50 ml de glicerina y procedemos a mezclar homogéneamente.

•

En un nuevo vaso de precipitación colocamos 1.5 ml de alcohol potable y mezclamos con 0.6 gr de pintura termocrómica. Una vez disuelto lo combinamos con el anterior compuesto ya preparado.

•

Se lo hace hervir a fuego lento. No debe pegarse, ni quemarse. Al hervir se produce una capa delgada de espuma la cual debe ser retirada.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 244. Vaciado de la mezcla sobre estructura de P17. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

VACIADO

Figura 245. Retirar exceso con ayuda de una lámina de acetato. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 246. Relleno de estructura con Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

•

Sobre una lámina de acetato se coloca la estructura de resina (P17) y se procede a asegurar con cinta.

•

Vaciar toda la mezcla sobre la estructura.

•

Para el fraguado del bioplastic-thermochromic se debe colocar sobre la placa una superficie plana y también se debe poner peso sobre ésta para evitar que ingresen burbujas.

173

EVALUACIÓN DEL RELLENO: P17

Figura 247. Relleno de estructura con Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El relleno posee un acabado homogéneo, pulimentado y no transparente con pocas burbujas. No tiene un color parejo en ninguno de sus módulos, esto se debe a que en el momento de distribuir la mezcla ésta no se logró esparcir de manera uniforme, quedando menos cantidad de bioplastic-thermochromic imperceptible visualmente en su espesor. La intensidad del color depende de la cantidad de pigmento termocrómico que se utilice. Al colocar en ambos lados una lámina de acetato se obtuvo un brillo en el relleno propio del material. 174

3.2.2.4.1.

CONCLUSIONES

•

La prueba P14 posee en su estructura un acabado homogéneo y pulimentado con pocas burbujas. La estructura de fibra de vidrio se quema en sus bordes al momento de ser cortada a láser, por lo que da un acabado no estético al combinarse con la resina poliéster. La fibra de vidrio hace que la estructura tenga una tensoflexión estable, con un límite elástico de 653.33 N. El relleno de la estructura posee un acabado similar al de la estructura con pocas burbujas. La intensidad del color depende de la cantidad de pintura termocrómica que se utilice, en éste caso se utilizó poca pintura por lo que el relleno es celeste.

•

La prueba P15 posee en su estructura un acabado homogéneo y pulimentado con burbujas, esto se debe a que no se utilizó estireno en la mezcla. La estructura de fibra de vidrio se quema en sus bordes al momento de ser cortada a láser, por lo que da un acabado no estético al combinarse con la resina poliéster. La fibra de vidrio hace que la estructura tenga una tensoflexión estable, con un límite elástico de 653.33 N. El relleno de la estructura posee un acabado sin burbujas, debido a que se utilizó estireno en la mezcla. La intensidad del color depende de la cantidad de pintura termocrómica que se utilice, en éste caso se utilizó poca pintura por lo que el relleno es amarillo traslúcido.

•

La prueba P16 posee en su estructura un acabado homogéneo y pulimentado con pocas burbujas. La estructura de fibra de vidrio se quema en sus bordes al momento de ser cortada a láser, por lo que da un acabado no estético al combinarse con la resina poliéster. La fibra de vidrio hace que la estructura tenga una tensoflexión estable, con un límite elástico de 623.64 N. No se utilizó relleno para esta estructura porque no permitiría el paso de la luz.

•

La prueba P17 posee en su estructura un acabado homogéneo y pulimentado con pocas burbujas sin este problema estético en las otras pruebas donde se visualiza la fibra de vidrio quemada. El polvillo de mdf hace que la estructura tenga una tensoflexión superior a las otras tres pruebas, pero al llegar al momento de ruptura éste no volverá a tener su forma inicial. El relleno de la estructura posee un acabado con pocas burbujas. La intensidad del color depende de la cantidad de pintura termocrómica que se utilice, en éste caso se utilizó poca pintura por lo que el relleno es amarillo traslúcido.

3.2.2.4.2.

RECOMENDACIONES

•

Se recomienda crear una estructura de 9 mm con un grabado de 7 mm entre sus módulos, para lijar y poder tener un acabado sin quemaduras en la estructura de la fibra de vidrio.

•

Se recomienda utilizar la resina poliéster con la pintura termocrómica como material de relleno, porque posee un buen acabado.

175

3.2.3. PROTOTIPO

Para los prototipos finales se utiliza la técnica perfeccionada en las etapas anteriores. Se realizaran 3 paneles de 0.60 x 1.20 m, todos con la misma estructura de 1 mm de espesor, la materialidad será de resina poliéster con estireno y fibra de vidrio. Para el relleno se optó por los materiales anteriores como el Acrilic-Thermochromic y Bioplastic-Thermochromic, agregando a estos la Resin-Thermochromic. ESTRUCTURA: Resina poliéster + Estireno + Fibra de vidrio. PROTOTIPO 1: Relleno de Acrilic-Thermochromic PROTOTIPO 2: Relleno de Bioplastic-Thermochromic. PROTOTIPO 3: Relleno de Resin-Thermochromic.

3.2.3.1.

PROCEDIMIENTO: DESARROLLO DE LA ESTRUCTURA

Se procede a cortar la estructura en cartón maqueta y se graba en una lámina de acetato la misma; los módulos del cartón maqueta serán pegados sobre la lámina de acetato para así obtener el molde para verter la resina. La mezcla se obtiene combinando en un recipiente las siguientes cantidades en el orden descrito a continuación:

Resina poliéster:

800 ml

Estireno:

160 ml

Mek:

160 gotas (5.28 ml)

Cobalto:

160 gotas (5.28 ml)

Del mismo modo se corta la fibra de vidrio que será utilizada luego de verter una capa de resina poliéster de aproximadamente 0.5 mm y posteriormente cubrirla hasta llegar al 1 mm de espesor. Se procede a cubrir el molde con una lámina de acetato de extremo a extremo, con el objetivo de retirar el exceso y conseguir una superficie homogénea y pulimentada; se deja secar por 12 horas. Se corta la estructura a láser, retirando los módulos de cartón maqueta y se procede a grabar el Voronoi como lo indica la Figura 248. A continuación se procede a lijar los internos de la estructura de la resina, de tal manera que el quemado de la fibra de la fibra de vidrio desaparezca. Finalmente se limpia la estructura con alcohol.

176

0,0

0,0 09 07

0,009 0,007

9 0,00 7 0,00

1,194

Fibra de vidrio Grabado Módulos Corte láser

0,594

Figura 248. Corte a láser de cartón maqueta, fibra de vidrio y grabado. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Para obtener el molde de la estructura se utiliza la distancia de 9 mm entre los módulos para cortar a láser el cartón maqueta y grabar en el acetato. De la misma manera se utiliza la misma distancia para el corte de la fibra de vidrio. Luego del fraguado de la resina se procede a grabar el Voronoi con una distancia entre módulos de 7 mm y finalmente se corta los módulos de cartón maqueta que sirvieron como molde a la distancia de 9 mm. 177

PROCEDIMIENTO DE LA ESTRUCTURA

Figura 249. Grabado del Voronoi en lรกmina de acetato. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Figura 250. Molde del Voronoi en cartรณn maqueta. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Figura 251. Corte del Voronoi en fibra de vidrio. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

178

PROCEDIMIENTO DE LA ESTRUCTURA

Figura 252. Vaciado de resina, 0.5 mm aproximadamente. Elaboraci贸n: P. Suing. Y. Torres.

Figura 253. Colocaci贸n de la fibra de vidrio. Elaboraci贸n: P. Suing. Y. Torres.

Figura 254. Vaciado de resina, 1 mm aproximadamente. Elaboraci贸n: P. Suing. Y. Torres.

179

PROCEDIMIENTO DE LA ESTRUCTURA

Figura 255. Colocación de lámina de acetato. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 256. Corte de la estructura a láser. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 257. Lijado interno de los bordes de la estructura. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

180

Figura 258. Estructura del Voronoi con resina poliĂŠster. ElaboraciĂłn: P. Suing. Y. Torres.

181

Figura 259. Vector de la estructura del Voronoi en mdf. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Debido a que la estructura la estructura del Voronoi posee cierta flexibilidad se optó por hacer un marco que sujete a ésta con los mismos puntos atractores del Voronoi de la estructura de resina, sin restarle importancia visual a la estructura de resina. El material que sujetara al panel es mdf tratado para exterior de 3 mm. Se le aplico un color neutro de tal manera que no influya en la perdida de la función estética con el panel. 182

3.2.3.2.

PROCEDIMIENTO: DESARROLLO DEL RELLENO

PROTOTIPO 1: Relleno de Acrilic-Thermochromic Para el Acrili-Thermchromic la mezcla se obtiene combinando las siguientes cantidades:

Acrílico líquido:

600 ml

Acrílico en polvo:

540 gr

Pintura termocrómica:

20 gr

PROTOTIPO 2: Relleno de Bioplastic-Thermochromic. Para el Bioplastic-Thermochromic la mezcla se obtiene combinando las siguientes cantidades:

Agua:

2000 ml

Glicerina: 800 ml

Jabón líquido:

160 ml

Colágeno:

480 gr

Pintura termocrómica:

20 gr

PROTOTIPO 3: Relleno de Resin-Thermochromic. Para el Resin-Thermochromic la mezcla se obtiene combinando las siguientes cantidades: Resina: 800 ml

Estireno:

160 ml

Mek y cobalto:

160 gotas (5.28 ml)

Pintura termocrómica:

20 gr

183

PROCEDIMIENTO DEL RELLENO: ACRILIC-THERMOCHROMIC

Figura 260. Axonometría explotada. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Sobre un recipiente plástico se mezcla el acrílico líquido con la pintura termocrómica hasta conseguir que la pintura se disuelva completamente, luego se añade el acrílico en polvo y se mezcla durante un minuto. Previo a esto la estructura de resina debe de estar sobre una lámina de acetato; y luego se procede a vaciar la mezcla desde un extremo hacia el otro, con una paleta se esparce la mezcla sobre la estructura vacía e inmediatamente se coloca una lámina de acetato desde donde se colocó inicialmente la mezcla y con ayuda de un listón se va asentando, retirando el exceso del Acrilic-Thermochromic y llevándolo hacia el otro extremo, para que la mezcla cubra toda la estructura. Finalmente se coloca el peso de la estructura de mdf para evitar que el acrílico al entrar en su estado térmico de fraguado se eleve, con el fin de obtener un acabado ondulado. 184

PROCEDIMIENTO DEL RELLENO: ACRILIC-THERMOCHROMIC

Figura 261. Vaciado del Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 262. Colocación de lámina de acetato. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 263. Colocación de la estructura de mdf sobre el panel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

185

Figura 264. Prototipo final de Acrilic-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

186

PROCEDIMIENTO DEL RELLENO: BIOPLASTIC-THERMOCHROMIC

Figura 265. Axonometría explotada. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Se coloca el agua en un recipiente de aluminio y se calienta a una temperatura de 25°C, se procede a mezclar con el colágeno hasta conseguir disolverlo. Se añade la glicerina y la pintura termocrómica previamente mezclada con alcohol y finalmente se añade a la mezcla el jabón líquido. Se eleva la temperatura hasta que la mezcla hierva y se procede a quitar la espuma que se forma en la parte superior. Antes del proceso de vaciado la estructura de resina debe de estar sobre una lámina de acetato. Se procede con el vaciado desde un extremo hacia el otro, evitando que la mezcla caiga desde una altura superior a 10 cm para que no se formen burbujas, hasta conseguir una capa homogénea en espesor sobre toda la estructura. Una vez seco el panel se levanta inmediatamente del acetato y se lo colocar sobre la estructura de mdf para conseguir un acabado ondulante. Luego de unos días se lo laca. 187

PROCEDIMIENTO DEL RELLENO: BIOPLASTIC-THERMOCHROMIC

Figura 266. Vaciado del Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 267. Esparcir mezcla homogéneamente. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 268. Eliminación de burbujas. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

188

Figura 269. Prototipo final de Bioplastic-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

189

PROCEDIMIENTO DEL RELLENO: RESIN-THERMOCHROMIC

Figura 270. Axonometría explotada. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

En un recipiente se mezcla la resina con el estireno, paralelo a esto se mezcla aparte el mek con la pintura termocrómica hasta que se diluya la pintura completamente, y se procede a añadirlo al compuesto antes preparado. Finalmente se añade a la mezcla el cobalto y se lo combina hasta conseguir que se fusionen todos estos elementos. Previo al proceso de vaciado la estructura de resina debe de estar sobre una lámina de acetato; y luego se procede a vaciar la mezcla desde un extremo hacia el otro, con una paleta se esparce la mezcla sobre la estructura vacía e inmediatamente se coloca una lámina de acetato desde donde se colocó inicialmente la mezcla y con ayuda de un listón se va asentando, retirando el exceso de Resin-Thermochromic y llevándolo hacia el otro extremo, para que la mezcla cubra toda la estructura. Finalmente se coloca peso sobre el panel. 190

PROCEDIMIENTO DEL RELLENO: RESIN-THERMOCHROMIC

Figura 271. Vaciado de Resin-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Figura 272. Colocaciรณn de lรกmina de acetato. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

Figura 273. Panel de Resin-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

191

Figura 274. Prototipo final de Resin-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

192

3.2.4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS CON MONJO

ACRILIC-THERMOCHROMIC En la tabla de la condicionante funcional del Acrilic-Thermochromic tiene una posibilidad y adecuación a la situación alta de conservar su integridad antes acciones mecánicas, acciones climáticas y animales y plantas, del mismo modo que su seguridad ante las acciones indirectas, mientras que las acciones directas del hombre tiene un índice medio. La condicionante de uso posee un índice medio, mientras que la constructiva es alta. La posibilidad y adecuación a la situación en el confort ambiental es alto en lo higrotérmico e higiénico, mientras que en lo visual posee un índice medio y en lo acústico es bajo. En su composición la geometría y color es alta, ante la posibilidad y adecuación a la situación. La tabla de condicionantes constructivos muestra que la posibilidad de conseguir los materiales es media, su aceptación es alta del mismo modo que el control de calidad, con una continuidad media. En cuanto a la fabricación, la posibilidad es alta al igual que su aceptación y continuidad, con un control de calidad medio. Respecto a su transporte la posibilidad es alta al igual que el control de calidad, continuidad y aceptación. La posibilidad, su aceptación, control de calidad y continuidad en su montaje es medio y en su mantenimiento es bajo. La tabla de perfil tecnológico posee una mano de obra no especializada tanto en el taller, como montaje in situ, mantenimiento y transporte; teniendo un bajo porcentaje de fabricación en cantera y montaje de pie de obra. En la tabla de condicionantes económicos se muestra que el coste de materiales es alto, su transporte es medio y su mano de obra es media-alta. En cuanto al tiempo de fabricación y ejecución es medio-bajo. Su calidad en cuanto a lo funcional y material es alto.

193

Tabla 13. Condicionantes funcionales.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

194

Tabla 14. Condicionantes constructivos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

Tabla 15. Perfil tecnolรณgico.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

195

Tabla 16. Condicionantes econรณmicos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

196

BIOPLASTIC-THERMOCHROMIC La tabla de la condicionante funcional del Bioplastic-Thermochromic posee una posibilidad y adecuación a la situación en su integridad con un índice medio-bajo. En cuanto a su seguridad en las acciones directas del hombre posee un índice bajo al igual que las acciones indirectas por el fuego, mientras que en la contaminación posee un índice medio. En su adecuación de uso posee un índice medio-bajo y en lo constructivo posee un índice medio. En la condicionante de confort ambiental, en lo higrotérmico, higiénico y visual posee un índice medio en relación a lo acústico con un índice bajo. En su composición de geometría y color su índice es medio. En la tabla de condicionantes constructivos se muestra que, la posibilidad de los materiales es media, su aceptación es alta del mismo modo que el control de calidad, con una continuidad media. En cuanto a la fabricación, la posibilidad es alta al igual que su aceptación, con un control de calidad y continuidad medio. Respecto a la posibilidad, aceptación, control de calidad y continuidad en su transporte posee un índice alto y en su montaje un índice medio. En la condicionante de mantenimiento ante la posibilidad, control de calidad y continuidad posee un índice alto, a diferencia de la aceptación que es media. La tabla de perfil tecnológico posee una mano de obra no especializada tanto en el taller, como montaje in situ, mantenimiento y transporte; teniendo un bajo porcentaje de fabricación en cantera y montaje de pie de obra. En la tabla de condicionantes económicos el coste de materiales es alto, su transporte es medio y su mano de obra es media-baja. En cuanto al tiempo de fabricación y ejecución es medio-bajo. Su calidad en cuanto a lo funcional y material es alto.

197

Tabla 17. Condicionantes funcionales.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

198

Tabla 18. Condicionantes constructivos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

Tabla 19. Perfil tecnolรณgico.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

199

Tabla 20. Condicionantes econรณmicos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

200

RESIN-THERMOCHROMIC La tabla de la condicionante funcional del Resin-Thermochromic tiene una posibilidad y adecuación a la situación alta de conservar su integridad antes acciones mecánicas, acciones climáticas y animales y plantas, del mismo modo que su seguridad ante las acciones indirectas, mientras que las acciones directas del hombre tiene un índice medio. La condicionante de uso posee un índice medio, mientras que la constructiva es alta. La posibilidad y adecuación a la situación en el confort ambiental es alto en lo higrotérmico e higiénico, mientras que en lo visual posee un índice medio y en lo acústico es bajo. En su composición la geometría y color es alta, ante la posibilidad y adecuación al situación. La tabla de condicionantes constructivos muestra que la posibilidad de conseguir los materiales es media, su aceptación es alta del mismo modo que el control de calidad, con una continuidad media. En cuanto a la fabricación, la posibilidad es alta al igual que su aceptación y continuidad, con un control de calidad medio. Respecto a su transporte la posibilidad es alta al igual que el control de calidad, continuidad y aceptación. La posibilidad, su aceptación, control de calidad y continuidad en su montaje es medio y en su mantenimiento es bajo. La tabla de perfil tecnológico posee una mano de obra no especializada tanto en el taller, como montaje in situ, mantenimiento y transporte; teniendo un bajo porcentaje de fabricación en cantera y montaje de pie de obra. En la tabla de condicionantes económicos se muestra que el coste de materiales es alto, su transporte es medio y su mano de obra es media-bajo. En cuanto al tiempo de fabricación y ejecución es medio-bajo. Su calidad en cuanto a lo funcional y material es alto.

201

Tabla 21. Condicionantes funcionales.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

202

Tabla 22. Condicionantes constructivos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

Tabla 23. Perfil tecnolรณgico.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

203

Tabla 24. Condicionantes econรณmicos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

204

VIDRIO CON FILTRO UV

La tabla de la condicionante funcional del vidrio con filtro UV tiene una posibilidad y adecuación a la situación alta de conservar su integridad antes acciones mecánicas, acciones climáticas y animales y plantas, del mismo modo que su seguridad ante las acciones indirectas, mientras que las acciones directas del hombre tiene un índice medio. La condicionante de uso posee un índice alto, mientras que la constructiva un índice medio. La posibilidad y adecuación a la situación en el confort ambiental es alto al igual que su composición, la geometría y color es alta, ante la posibilidad y adecuación al situación. En la tabla de condicionantes constructivos, la posibilidad de conseguir los materiales es media, su aceptación es alta del mismo modo que el control de calidad, con una continuidad media. En cuanto a la fabricación, la posibilidad es media al igual que su aceptación y continuidad, con un control de calidad alto. Respecto a su transporte la posibilidad es alta al igual que el control de calidad, continuidad y aceptación. La posibilidad, su aceptación, control de calidad y continuidad en su montaje es alto y en su mantenimiento es medio. La tabla de perfil tecnológico posee una mano de obra especializada tanto en el taller, como montaje in situ y mantenimiento; teniendo un bajo porcentaje de fabricación en cantera, transporte y montaje de pie de obra. En la tabla de condicionantes económicos el coste de materiales y transporte es alto, su mano de obra es media, al igual que el tiempo de fabricación y ejecución. Su calidad en cuanto a lo funcional y material es alto.

205

Tabla 25. Condicionantes funcionales.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

206

Tabla 26. Condicionantes constructivos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

Tabla 27. Perfil tecnolรณgico.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

207

Tabla 28. Condicionantes econรณmicos.

Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres. Fuente: Juan Monjo

208

3.2.5. ANÁLISIS UV

Para la comprobación de la hipótesis se realiza una toma de datos con un hardware y un software en Arduino (Ver Anexo 2). Se realiza un análisis de datos con y sin el panel para así poder determinar la cantidad exacta de rayos ultravioleta que pasan por el panel; obteniendo un resultado porcentual de cuantos rayos UV protege el panel. El resultado porcentual que los paneles repelen van desde 75% a un 85% en el caso de la Resin-Thermochromic y Acrilic-Thermochromic, siendo el Bioplastic-Thermochromic el panel que más repele con un porcentaje de 80% a 90% de protección. También se realizaron una toma de datos en Catamayo para comparar datos con una ubicación y altura diferente. Dichos datos no se diferencian de los datos tomados en Loja. Ver Anexo 2, Tabla 32. Tabla 29. Datos de radiación UV relevantes.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

209

Acrilic-Thermochromic vs. Vidrio filtro UV 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 1

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Rayos UV sin panel

Rayos UV con panel

Rayos UV sin vidrio

Rayos UV con vidrio

Figura 275. Comparación Acrilic-Thermochromic y vidrio UV. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Bioplastic-Thermochromic vs. Vidrio filtro UV 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 1

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Rayos UV sin panel

Rayos UV con panel

Rayos UV sin vidrio

Rayos UV con vidrio

Figura 276. Comparación Bioplastic-Thermochromic y vidrio UV. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Resin-Thermochromic vs. Vidrio filtro UV 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 1

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Rayos UV sin panel

Rayos UV con panel

Rayos UV sin vidrio

Rayos UV con vidrio

Figura 277. Comparación Resin-Thermochromic y vidrio UV. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

210

3.2.6. MOVIMIENTO

El panel está programado para que sea autónomo y responda de acuerdo a variables de rayos UV y la fecha, ésta última se actualizará día a día ordenando su movimiento de acuerdo a los rayos UV y a la declinación solar. Ejemplo: si nos encontramos en el solsticio del 22 de junio, esto quiere decir que el panel ha girado 23°es sentido norte-este, para encontrarse perpendicular a los rayos del sol, y si se mide 4 UV el panel girará 45° más, teniendo un movimiento total del eje del panel respecto al norte-este de 67°. Si se obtiene 4 UV en el solsticio de junio, esto quiere decir que el panel estará con un giro de 45 grados. Tabla 30. Abertura de panel según índice de UV. Índice UV

Longitud de onda (nm)

Abertura (grados)

Open / Close

227

90 Open

318

75 Open

408

60 Open

503

45 Open

606

30 Open

696

15 Open

795

0 Close

881

0 Close

976

0 Close

1079

0 Close

1170

0 Close

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Tabla 31. Rotación de panel según declinación. Declinación (grados)

Mes

Giro por mes (grados)

Giro por día (grados)

-20.7

8.4

0.27

-12.3

10.48

0.37

-1.81

11.51

0.37

9.1

0.3

18.8

4.2

0.135

1.8

0.06

21.2

7.5

0.24

13.7

10.61

0.34

3.09

11.53

0.38

-8.44

9.66

0.31

-18.1

4.7

0.156

-22.8

2.1

0.067

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

211

Figura 278. Prototipo final. Movimiento autรณnomo con Arduino. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

212

Figura 279. Movimiento de paneles según radiación UV. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

El panel girará 15° por cada UV, siendo 1 UV paralelo a los rayos del sol, mientras que 7 UV girarán 90° hasta cerrarse y proteger al edificio. 213

Figura 280. Movimiento de paneles según equinoccios y solsticios. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

214

Figura 281. Maqueta. Abertura del panel a 90°: 1 RUV.

Figura 282. Maqueta. Abertura del panel a 75°: 2 RUV.

Figura 283. Maqueta. Abertura del panel a 60°: 3 RUV.

Figura 284. Maqueta. Abertura del panel a 45°: 4 RUV.

Figura 285. Maqueta. Abertura del panel a 30°: 5 RUV.

Figura 286. Maqueta. Abertura del panel a 15°: 6 RUV.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 287. Maqueta. Abertura del panel a 0°: 7 RUV. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

De acuerdo a las tablas de declinación solar y rayos UV generados en éste trabajo, se gerena un código (PERSIANAS_UV) en Arduino que sirve para dar movimiento a paneles con un emplazamiento norte-sur, en fachadas este-oeste; el mismo se lo desarrollo con un estudiante de Electrónica y Telecomunicaciones. Ver Anexo 3.

215

1 2

5 6

3 12 13

10 11

15 16

14 4

Sección: unión perfil-losa Esc:1___1

1 Estructura de MDF 3 mm tratado 2

2 Marco de aluminio

3 Arandela 4 Perno 4 mm

Sección: unión de paneles

Esc:1___1

5 Estructura de MDF 3 mm tratado

7 4

6 Prototipo

7 Tuerca 4 mm 8 Perno 8 mm 9 Tuerca 8 mm 10 Perno 8 mm 11 Taco Fisher 8 mm 12 Engranaje de aluminio 13 Ruliman 14 Tuerca arandela 4 mm

Sección vertical: Losa y paneles Esc:1___5

Figura 288. Detalles constructivos. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

216

15 Riel con muesca de aluminio 16 Riel de aluminio

Figura 289. AxonometrĂa de la propuesta con Resin-Thermochromic. ElaboraciĂłn: P. Suing. Y. Torres.

217

Solsticio de junio

Equinoccio de septiembre

Solsticio de diciembre

Equinoccio de marzo

Figura 290. Fachada frontal de la propuesta con Resin-Thermochromic. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

218

CONCLUSIONES •

El sistema paramétrico permite desarrollar formas funcionales que cumplen las necesidades a nivel estructural pensadas desde el material, éste es el intermediario entre la idea y el resultado parcial, el mismo que es editable y transformable por medio de parámetros y componentes para el desarrollo de formas complejas que pueden ser estudiadas y analizadas por medio del software según sea el caso.

•

La fabricación digital permite llevar a ejecución el resultado parcial obtenido en el sistema paramétrico disminuyendo así tiempo en el desarrollo de prototipos, obteniendo buenos resultados paralelos en su función y forma.

•

El panel de Bioplastic-Thermochromic permite el paso de la luz y en relación con los rayos UV el prototipo disminuye en un 80 - 90% el paso de los rayos. Mientras que con los paneles de Resin-Thermochromic y Acrilic-Thermochromic tienen esta misma propiedad del paso de la luz y reducen en un 75 - 85% el paso de los rayos UV.

•

La estructura permite el paso de la luz y reduce en un 65 - 75% el paso de los rayos UV. La vida útil de la estructura es de 10 años y posee una alta tenso-flexión.

•

El Bioplastic-Thermochromic no es apto para exteriores, debido a sus componentes biodegradables y al entrar en contacto con temperatura de aproximadamente 40°C se desintegra el relleno de la estructura. El Acrilic-Thermochromic al poseer el acetato, éste se vuelve menos resistente a los rayos UV, dándole un color amarillento con el tiempo.

•

Se pudo observar que la resina tanto del relleno como de la estructura se evaporó, por lo que ésta se redujo 0.1 mm del 1 mm original.

•

La pintura termocrómica al ser expuesta al sol empieza a perder sus características estéticas de cambio de color, teniendo como máximo de 12 meses hasta que pierde el color total.

•

La iluminación y visual edificio-ciudad no se pierde debido al movimiento de los paneles que se realiza con un sistema autónomo de Arduino, éste posee variables que responden al día y a los rayos UV.

219

RECOMENDACIONES •

Se recomienda probar con pigmentos de pintura no termocrómica para ver si se logra el mismo efecto de protección de rayos UV.

•

Se recomienda buscar otra manera de tratar el mdf, o sustituir el mdf por otro material.

•

Buscar más materiales para la estructura que funcione igual que la resina poliéster con la fibra de vidrio.

•

Para el Acrilic-Thermochromic buscar otro material que permita obtener un acabado ondulante, ya que el acetato cambia su color al estar expuesto al sol. En caso de querer un acabado liso y sin acetato, se debe utilizar láminas de poliéster.

•

Investigar aditivos para que el bioplástico dure más en el tiempo.

•

Medir la opacidad del panel y analizar como influencia la misma en relación luxes.

•

Realizar la interpolación entre la cantidad de rayos UV que pasan a través de la estructura y la cantidad de rayos UV que pasan por el relleno.

•

Debido al polvo que se llega a ubicar entre la estructura de mdf y el panel, se recomienda haces un panel sin hendiduras o tratar mejor la unión de estas.

221

FUTURAS INVESTIGACIONES •

Materiales para una estructura que funcionen igual que la resina poliéster con la fibra de vidrio.

•

Materiales con acabados ondulantes de relleno con una estructura ya establecida.

•

Materiales biodegradables de relleno con una estructura ya establecida, para espacios efímeros.

•

El color en paneles traslucidos como protector UV.

223

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227

ANEXOS

ANEXO 1: PROTOTIPOS Inicialmente se buscaron y se estudiaron referentes que puedan ser aplicados a fachadas de vidrio, y que a su vez contribuyan con la protección de rayos UV en el edificio. Se planteo que el prototipo final sea sustentable, teniendo una fuente de energía renovable y a su vez que funcione como protección solar. Se estudio y se replicó la Celda Graetzel teniendo resultados positivos, pero no obteniendo la energía necesaria para el movimiento del panel final. CELDA GRAETZEL De acuerdo con Oregan y Graetzel (1991), las celdas solares sensibilizadas con colorante (DSSC, dye-sensitized solar cell) son un nuevo tipo de celda fotovoltaica, donde el material que absorbe la radiación electromagnética, dióxido de titanio, en un colorante orgánico, se encuentra absorbido a otro material, por el cual se propagarán los electrones generados. En este tipo de dispositivos tiene lugar un fenómeno semejante al de la fotosíntesis, puesto que intervienen colorantes orgánicos.64 En el mismo orden y dirección, Arini, Kento, Daiki y Fujiki (2015), describen que la célula solar sensibilizada por colorante (DSSC) es un nuevo tipo de célula solar que convierte la luz visible en electricidad mediante el uso del sistema foto-electroquímico. Se basa en la sensibilización de los semiconductores de ancho de banda ancha que se compone de una estructura de tipo sándwich que consiste en un semiconductor formado entre un ánodo foto-sensibilizado y un electrolito.65 El uso de la Celda Graetzel en fachadas de viviendas y edificios, genera energía solar de bajo costo que puede ser utilizada para artefactos de bajo consumo energético, como bombillas, luces led e incluso ventilación. También, la materialidad genera juegos de luces de colores y sombra en los espacios, esto depende del colorante orgánico utilizado en el módulo, permitiendo que sea semitransparente en algunas secciones del módulo. CARACTERÍSTICAS •

Posee bajo costo de la producción de la Celda Graetzel es significante respecto a la un panel solar, con la misma función, por lo que es el principal competidor.

•

El proceso para crear la Celda Graetzel es sencillo respecto un panel solar.

•

Es semiflexible si se utiliza el dióxido de titanio en lámina.

•

Puede ser semitransparente, generando juegos de luces de colores y sombras. La transparencia no se logra en la celda, debido a los pigmentos orgánicos, al dióxido de titanio y al grafito.

231

•

Produce energía que puede ser utilizada y almacenada para su futura utilización.

PROCEDIMIENTO Para reproducir la Celda Graetzel se realiza 5 procedimientos. El primero es dotar al vidrio de superficie lisa la propiedad de conducir electricidad. El segundo es crear un cátodo con un vidrio conductor. El tercero es producir un ánodo en el vidrio. El cuarto es unir las placas y colocar el electrolito entre los mismos. Finalmente, el quinto es el armado del prototipo final, donde incluye la unión de todas las celdas. Antes de cualquier procedimiento descrito a continuación, hemos utilizado la debida protección frente a los químicos. Se ha hecho uso de guantes, mascarilla con filtros y gafas.

QUÍMICOS

Las cantidades de químicos descritos se utilizan para realizar 1 celda, de 10cm x 10cm. •

Cloruro de estaño (SnCl22H2O).

•

Metanol (CH3OH).

•

Etanol (C2H5OH).

•

Agua destilada.

•

Yoduro de potasio.

•

Yodo en cristales.

•

Etilenglicol anhídrido.

MINERAL •

Grafito.

MATERIALIDAD •

Rollo de papel aluminio.

•

Plato de cristalización.

232

•

Espátula.

•

Pipetas.

•

Varilla de vidrio.

•

Cinta adhesiva scotch de 12mm de ancho.

•

Multímetro.

•

Silicona fría.

•

Cable.

•

MDF.

EQUIPOS

•

Plato calentador.

•

Horno.

233

PROCEDIMIENTO: VIDRIO CONDUCTOR •

Limpiamos el vidrio con jabón líquido y abundante agua, acto seguido rociamos metanol con un spray. Secamos el vidrio con un papel no abrasivo.

•

Forramos el plato calentador con papel aluminio.

•

Colocamos los vidrios en el plato calentador, lo encendemos y colocamos a una temperatura de 350ºC. Es importante que el vidrio se lo coloque desde 0ºC, ya que la transición de frío a calor en elevadas temperaturas lo rompe.

•

Paralelo a esto, mezclamos 10 gramos de SnCl22H2O y 10 mililitros de metanol, hasta conseguir un líquido homogéneo.

•

Cuando hayan pasado 10 minutos desde que se encendió el plato calentador, se roció el componente antes creado. Es importante que sea un rocío muy fino, como el de un perfume, de no ser así el vidrio se rompe, por el cambio de temperatura.

•

Esperamos 2 minutos y repetimos el proceso anterior. Repetir procedimiento cuantas veces sea necesario, hasta conseguir una capa homogénea. Después de rociar la última capa, esperamos 2 minutos para que se evapore el rocío antes expuesto.

•

Figura 291. Vidrio no conductor. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 292. Colocamos a una temperatura de 350°C. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 293. Rocío de solución de SnCl22H2O y metanol. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Apagamos el plato calentador y esperamos hasta que se enfríe los vidrios conductores en el mismo. Si se los desea sacar a los vidrios se los debe colocar en lana de vidrio, de no ser así se rompen.

Figura 294. Vidrio conductor. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

234

PROCEDIMIENTO: ÁNODO

Figura 295. Pasta de dióxido de titanio y etanol. Celda Graetzel.

•

Preparamos la solución: en un vaso de precipitación agregamos 10gr de dióxido de titanio añadimos 10ml de etanol, y se procede a mezclar uniformemente hasta conseguir una pasta homogénea. Agregamos 1 gota de jabón líquido y mezclamos nuevamente.

•

Colocamos el multímetro en la sección de resistencia para comprobar que cara del vidrio es conductor. El vidrio no es conductor cuando el valor de 1 no varía.

•

Se limpia el vidrio con metanol en spray.

•

En la cara conductora del vidrio la aseguramos con cinta masking, colocamos la cinta en los tres bordes del vidrio y luego colocamos tres cintas en el centro dejando 12mm entre cada una.

•

Aplicar la pasta y extender con una varilla de vidrio de agitación hasta conseguir una capa fina uniforme. Posteriormente dejar secar y retirar la cinta con cuidado.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 296. Verificación de conductividad con multímetro. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 297. Colocación de cinta en vidrio conductor. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 298. Aplicación de pasta en una capa delgada. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

235

PROCEDIMIENTO: ÁNODO •

Luego de que se haya secado la pasta, se procede a cocerlo en un horno a una temperatura de 600°C, para que se adhiera la pasta al vidrio conductor. Es importante que dentro del proceso de calentamiento del horno no exista una pérdida de temperatura y que la curva de temperatura no sobrepase una hora.

•

En un mortero se coloca 10 moras orgánicas y se las chanca hasta conseguir extraer el jugo. Esto se cierne y se coloca en un plato de cristalización.

•

Sumergir la placa en el jugo de moras, con la dirección ánodo hacia abajo por diez minutos.

•

Lavar la placa con agua 1 vez y 2 con etanol, esto se lo realiza para eliminar los restos de jugo y la azúcar.

Figura 299. Cocer pasta a 500°C en el horno. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 300. Extraer jugo de moras orgánicas. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 301. Colocar de a poco pigmento natural. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 302. Pigmento natural sobre pasta de dióxido. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

236

PROCEDIMIENTO: CÁTODO Y ELECTROLÍTO CÁTODO •

Figura 303. Impregnar grafito sobre vidrio. Celda Graetzel.

Sobre un vidrio normal, colocamos grafito en polvo e impregnamos el polvo con nuestros dedos, de tal manera que mediante la fricción con la superficie lograremos que el polvo se adhiera al vidrio.

ELECTROLÍTO

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 304. Aplicar en un borde la cinta de cobre en ambas placas. Celda Graetzel.

•

Aplicar sobre un borde del vidrio ambos vidrios (ánodo y cátodo) una lámina de cinta de cobre.

•

En un vaso de precipitación mezclar 0.083 gr de yoduro de potasio y añadir 0.013 gr de yodo en cristales.

•

Posteriormente añadir 10 ml de etilenglicol anhídrido y remover.

•

Sobre la placa de vidrio pigmentada colocar 10 gotas del electrolito antes preparado y esparcir de manera uniforme, de tal manera que el líquido cubra todo el vidrio.

•

Juntar ambos vidrios de tal manera que el líquido quede en entre el ánodo y el cátodo. Las láminas de cobre deben de quedar por fuera del borde del vidrio opuesto.

•

Sellar las uniones del contorno de los vidrios con silicona fría, y finalmente se obtendrá la fotocélula.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 305. Aplicar electrolito sobre placa. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 306. Sellar uniones entre los vidrios. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

237

PROCEDIMIENTO: ARMADO DE PROTOTIPO

Figura 307. Grafito impregnado en vidrio. Celda Graetzel.

Figura 311. Colocación de cable en la celda sellada. Celda Graetzel.

Figura 308. Dióxido de titanio con pigmento natural. Celda Graetzel.

Figura 312. Soldar cables de las celdas. Celda Graetzel.

Figura 309. Colocar vidrios de grafito sobre maqueta. Celda Graetzel.

Figura 313. Armado de cableado entre las placas. Celda Graetzel.

Figura 310. Colocar vidrios sellados en prototipo. Celda Graetzel.

Figura 314. Armado final del prototipo con cableado. Celda Graetzel.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

238

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

AXONOMETRÍA EXPLOTADA

Vidrio de 10 cm x 10 cm.

Grafito.

Electrolito.

Pigmento natural (mora).

Dióxido de titanio y etanol.

Cloruro de estaño y metanol.

Vidrio de 10 cm x 10 cm.

Figura 315. Axonometría explotada. Vidrio de 10 cm x 10 cm. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

239

AXONOMETRÍA EXPLOTADA

Figura 316. Axonometría explotada. Prototipo final. Celda Graetzel. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

240

PROTOTIPO FINAL

Figura 317. Prototipo final. Celda Graetzel. Elaboraciรณn: P. Suing. Y. Torres.

241

La intensión fue replicar el Shape Shift para la protección de los rayos UV que sea acciónado por medio de la recolección de energía de la Celda Graetzel.

SHAPE SHIFT “ShapeShift” es un experimento con posibilidades a futuro que se materializarán en la arquitectura y cinética “orgánica”. Este proyecto explora la posible aplicación de polímeros electroactivos (EAP) en una escala arquitectónica. EAP ofrece una nueva opción para construir espacios mediante su combinación única de cualidades. Es un material ultraligero y tan flexible que tiene la habilidad de cambiar su forma sin la necesidad de accionadores mecánicos. Kretzer, M., Aided, C., Design, A., Rossi, D., & Technologies, S. B. (2012).66

El proyecto de tesis de Edyta Augustynowicz, Sofia Georgakopulou, Dino Rossi, Stefanie Sixt y el asistente de investigación Manuel Kretzer (2012) proponen una nueva posibilidad en materialización arquitectónica y cinética orgánica. Dicho proyecto analiza la aplicación de EAP a escala arquitectónica, ya que se lo utiliza como un actuador que convierte la energía eléctrica en fuerza cinética. Las propiedades que posee este material son atractivas para brindar soluciones arquitectónicas. La aplicación de este material en la arquitectura, abre nuevas posibilidades para poder producir ambientes construidos con una capacidad de respuesta. La estructura utilizada permite a los componentes estar conectados entre sí para producir formas autoportantes y dinámicas; ésta consigue su forma a partir de la relación entre el EMP y el marco flexible, obteniendo que cada componente tenga movimiento e influencia sobre la forma. CARACTERÍSTICAS •

Es flexible debdio a la capacidad de cambiar de forma por medio de la electridad, sin necesidad de actuadores mecánicos

•

Es dinámico debido cambio sistemático independiente de los módulos.

•

Es autoportante debido a la ligereza del material utilizado en los módulos.

•

De acuerdo a las necesidades, con los módulos abiertos permite el paso de la luz, y cuando están cerrados los módulos permiten el paso de la luz de un 5% a 15%. (POR COMPROBAR)

242

PROCEDIMIENTO Para desarrollar el prototipo ShapeShift se realizan 3 procedimientos. En primer lugar se trabajara en la obtención de un marco flexible, mediante la expansión del polímero electroactivo. Posteriormente se le dará a dicho marco la capacidad de ser conductor de energía, para que de esta manera dicho polímero pueda reaccionar ante la conducción de electricidad. Finalmente usaremos una fuente de voltaje que permitirá que este prototipo responda a la energía. MATERIALIDAD •

VHB 4910 de 15cm (ancho) x 5m (largo)

•

Acrílico de 2mm de espesor

•

Silicón líquido

•

Polvo conductor / grafito

•

Cinta de cobre tipo lámina

•

MDF

•

Tornillos

•

Estilete

•

Cinta

EQUIPOS

•

Cortadora a láser

•

Fuente de voltaje

•

EMCO G-50

243

PROCEDIMIENTO: MARCO PLEXIBLE •

Se cortan varias piezas de MDF con la ayuda de la cortadora a láser, para poder armar el marco que nos ayudara con la expansión del polímero. Luego de obtener dichas piezas se procede a juntarlas mediante tornillos, formando un marco expandible como se muestra en la Figura 315.

•

Posteriormente cortamos un pedazo de 7.5cm x 7.5cm del polímero VHB 4910. Para obtener un mejor resultado reforzaremos los bordes del polímero con tiras del mismo material, para que de esta manera el material no se vuelva tan frágil al momento de expandirlo.

•

Una vez colocado el polímero sobre los tornillos de la pieza de MDF, procedemos a expandirlo de manera uniforme y colocamos un marco que impida que el material regrese a su tamaño original.

•

Se cortan dos marcos de madera y se los pega por ambos lados del polímero. Asegurarse bien de que los marcos estén pegados al polímero para que este no pueda regresar a su tamaño original.

•

Cortar el polímero por fuera del marco de madera para desprenderlo completamente del marco flexible.

Figura 318. Marco flexible para expandir el polímero. Shape Shift. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 319. Polímero VHB 4910 expandido. Shape Shift. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 320. Marco de acrílico de 12 cm x 12 cm. Shape Shift. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 321. Polímero VHB 4910 y marco de acrílico. Shape Shift. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

244

PROCEDIMIENTO: CONDUCCIÓN DE ENERGÍA •

Utilizamos la cortadora a laser para obtener un marco de acrílico de 10cm x 10cm x 1cm, luego se corta un marco de adhesivo de 12cm x 10cm x 1.2cm.

•

Sobre el polímero se pega el adhesivo por ambos lados y posteriormente se coloca polvo conductor (grafito) por ambos lados, la capa debe de ser fina y homogénea.

•

Luego quitamos el adhesivo y alrededor de la capa de grafito se coloca el marco de acrílico como se muestra en la figura X.

•

Cortaremos dos pedazos de cinta de cobre y los ubicaremos a los extremos de la película, el cobre debe de colocarse de manera que tenga contacto sólo con una cara de la capa de grafito.

•

Para poder aislar la corriente que pasará por la película, recubriremos ambos lados de la película con silicón líquido, esta capa debe de ser fina y homogénea. Dejar secar durante 3 horas.

•

Finalmente se conecta el prototipo al EMCO G-50 y éste a una fuente de energía variable.

Figura 322. Colocar capa de grafito sobre polímero. Shape Shift. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 323. Polímero y capa de grafito homogénea. Shape Shift. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 324. Conexión prototipo a fuente de energía. Shape Shift. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

245

CELDA GRAETZEL Conclusión: El prototipo conduce poca energía por lo que se le dificultaría mover al prototipo final.

SHAPE SHIFT Alcance: El prototipo concluyo en el momento en que se quiso pasar energía de alto voltaje, haciendo que la cinta VH se quemara al tener exceso de energía; también se necesitaba de alguien con conocimientos en electrónica para poder programar el Arduino.

246

ANEXO 2: TOMA DE DATOS, RADIACIÃ&#x201C;N UV DATOS OBTENIDOS POR MEDIO DEL SENSOR DE UV EN LOJA BIOPLASTIC-THERMOCHROMIC ML8511 output: 395 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.35 ML8511 output: 223 ML8511 voltage: 1.09 UV Intensity (mW/cm^2): 0.76

ML8511 output: 390 ML8511 voltage: 1.90 UV Intensity (mW/cm^2): 7.15 ML8511 output: 222 ML8511 voltage: 1.08 UV Intensity (mW/cm^2): 0.72

ML8511 output: 396 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.38 ML8511 output: 222 ML8511 voltage: 1.08 UV Intensity (mW/cm^2): 0.72

ML8511 output: 322 ML8511 voltage: 1.57 UV Intensity (mW/cm^2): 4.55 ML8511 output: 224 ML8511 voltage: 1.09 UV Intensity (mW/cm^2): 0.80

ML8511 output: 396 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.38 ML8511 output: 225 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.84

ML8511 output: 368 ML8511 voltage: 1.79 UV Intensity (mW/cm^2): 6.31 ML8511 output: 223 ML8511 voltage: 1.09 UV Intensity (mW/cm^2): 0.76

ML8511 output: 317 ML8511 voltage: 1.55 UV Intensity (mW/cm^2): 4.36 ML8511 output: 215 ML8511 voltage: 1.05 UV Intensity (mW/cm^2): 0.46

ML8511 output: 300 ML8511 voltage: 1.46 UV Intensity (mW/cm^2): 3.69 ML8511 output: 205 ML8511 voltage: 1.00 UV Intensity (mW/cm^2): 0.06

ML8511 output: 307 ML8511 voltage: 1.49 UV Intensity (mW/cm^2): 3.96 ML8511 output: 222 ML8511 voltage: 1.08 UV Intensity (mW/cm^2): 0.71

ML8511 output: 310 ML8511 voltage: 1.51 UV Intensity (mW/cm^2): 4.07 ML8511 output: 230 ML8511 voltage: 1.12 UV Intensity (mW/cm^2): 1.02

247

ML8511 output: 310 ML8511 voltage: 1.51 UV Intensity (mW/cm^2): 4.07 ML8511 output: 237 ML8511 voltage: 1.16 UV Intensity (mW/cm^2): 1.30

ML8511 output: 322 ML8511 voltage: 1.57 UV Intensity (mW/cm^2): 4.55 ML8511 output: 206 ML8511 voltage: 1.00 UV Intensity (mW/cm^2): 0.11

ML8511 output: 290 ML8511 voltage: 1.41 UV Intensity (mW/cm^2): 3.33 ML8511 output: 208 ML8511 voltage: 1.01 UV Intensity (mW/cm^2): 0.19

ML8511 output: 356 ML8511 voltage: 1.74 UV Intensity (mW/cm^2): 5.85 ML8511 output: 223 ML8511 voltage: 1.09 UV Intensity (mW/cm^2): 0.76

ML8511 output: 401 ML8511 voltage: 1.95 UV Intensity (mW/cm^2): 7.58 ML8511 output: 228 ML8511 voltage: 1.11 UV Intensity (mW/cm^2): 0.95

ML8511 output: 336 ML8511 voltage: 1.64 UV Intensity (mW/cm^2): 5.07 ML8511 output: 250 ML8511 voltage: 1.22 UV Intensity (mW/cm^2): 1.77

ML8511 output: 397 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.40 ML8511 output: 260 ML8511 voltage: 1.27 UV Intensity (mW/cm^2): 2.16

ML8511 output: 312 ML8511 voltage: 1.52 UV Intensity (mW/cm^2): 4.15 ML8511 output: 214 ML8511 voltage: 1.04 UV Intensity (mW/cm^2): 0.42

ML8511 output: 378 ML8511 voltage: 1.84 UV Intensity (mW/cm^2): 6.70 ML8511 output: 232 ML8511 voltage: 1.13 UV Intensity (mW/cm^2): 1.11

ML8511 output: 349 ML8511 voltage: 1.70 UV Intensity (mW/cm^2): 5.59 ML8511 output: 213 ML8511 voltage: 1.04 UV Intensity (mW/cm^2): 0.38 ACRILIC-THERMOCHROMIC ML8511 output: 352 ML8511 voltage: 1.71 UV Intensity (mW/cm^2): 5.68 248

ML8511 output: 220 ML8511 voltage: 1.07 UV Intensity (mW/cm^2): 0.63

ML8511 output: 397 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.40 ML8511 output: 225 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.83

ML8511 output: 389 ML8511 voltage: 1.89 UV Intensity (mW/cm^2): 7.09 ML8511 output: 223 ML8511 voltage: 1.09 UV Intensity (mW/cm^2): 0.75

ML8511 output: 390 ML8511 voltage: 1.90 UV Intensity (mW/cm^2): 7.13 ML8511 output: 220 ML8511 voltage: 1.07 UV Intensity (mW/cm^2): 0.63

ML8511 output: 374 ML8511 voltage: 1.82 UV Intensity (mW/cm^2): 6.52 ML8511 output: 223 ML8511 voltage: 1.09 UV Intensity (mW/cm^2): 0.75

ML8511 output: 343 ML8511 voltage: 1.67 UV Intensity (mW/cm^2): 5.34 ML8511 output: 222 ML8511 voltage: 1.08 UV Intensity (mW/cm^2): 0.71

ML8511 output: 337 ML8511 voltage: 1.64 UV Intensity (mW/cm^2): 5.11 ML8511 output: 227 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.90

ML8511 output: 387 ML8511 voltage: 1.88 UV Intensity (mW/cm^2): 7.02 ML8511 output: 229 ML8511 voltage: 1.11 UV Intensity (mW/cm^2): 0.98

ML8511 output: 378 ML8511 voltage: 1.84 UV Intensity (mW/cm^2): 6.67 ML8511 output: 226 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.86

ML8511 output: 400 ML8511 voltage: 1.95 UV Intensity (mW/cm^2): 7.51 ML8511 output: 212 ML8511 voltage: 1.03 UV Intensity (mW/cm^2): 0.33 RESIN-THERMOCHROMIC ML8511 output: 398 ML8511 voltage: 1.94 UV Intensity (mW/cm^2): 7.44 ML8511 output: 227 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.90 249

ML8511 output: 392 ML8511 voltage: 1.91 UV Intensity (mW/cm^2): 7.21 ML8511 output: 239 ML8511 voltage: 1.16 UV Intensity (mW/cm^2): 1.36

ML8511 output: 392 ML8511 voltage: 1.91 UV Intensity (mW/cm^2): 7.21 ML8511 output: 227 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.90

ML8511 output: 381 ML8511 voltage: 1.85 UV Intensity (mW/cm^2): 6.79 ML8511 output: 230 ML8511 voltage: 1.12 UV Intensity (mW/cm^2): 1.02

ML8511 output: 387 ML8511 voltage: 1.88 UV Intensity (mW/cm^2): 7.02 ML8511 output: 224 ML8511 voltage: 1.09 UV Intensity (mW/cm^2): 0.79

ML8511 output: 384 ML8511 voltage: 1.87 UV Intensity (mW/cm^2): 6.90 ML8511 output: 227 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.90

ML8511 output: 399 ML8511 voltage: 1.94 UV Intensity (mW/cm^2): 7.48 ML8511 output: 227 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.90

ML8511 output: 404 ML8511 voltage: 1.97 UV Intensity (mW/cm^2): 7.69 ML8511 output: 237 ML8511 voltage: 1.16 UV Intensity (mW/cm^2): 1.30

ML8511 output: 391 ML8511 voltage: 1.90 UV Intensity (mW/cm^2): 7.17 ML8511 output: 226 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.86

ML8511 output: 369 ML8511 voltage: 1.80 UV Intensity (mW/cm^2): 6.33 ML8511 output: 231 ML8511 voltage: 1.12 UV Intensity (mW/cm^2): 1.05

ML8511 output: 397 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.40 ML8511 output: 231 ML8511 voltage: 1.12 UV Intensity (mW/cm^2): 1.05

ML8511 output: 397 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.40 ML8511 output: 226 ML8511 voltage: 1.10 UV Intensity (mW/cm^2): 0.86

250

VIDRIO CON FILTRO UV

ML8511 output: 335 ML8511 voltage: 1.63 UV Intensity (mW/cm^2): 5.01 ML8511 output: 283 ML8511 voltage: 1.38 UV Intensity (mW/cm^2): 3.03

ML8511 output: 367 ML8511 voltage: 1.78 UV Intensity (mW/cm^2): 6.21 ML8511 output: 289 ML8511 voltage: 1.40 UV Intensity (mW/cm^2): 3.24

ML8511 output: 366 ML8511 voltage: 1.78 UV Intensity (mW/cm^2): 6.17 ML8511 output: 275 ML8511 voltage: 1.33 UV Intensity (mW/cm^2): 2.71

ML8511 output: 360 ML8511 voltage: 1.75 UV Intensity (mW/cm^2): 5.95 ML8511 output: 260 ML8511 voltage: 1.26 UV Intensity (mW/cm^2): 2.13

ML8511 output: 378 ML8511 voltage: 1.83 UV Intensity (mW/cm^2): 6.63 ML8511 output: 265 ML8511 voltage: 1.29 UV Intensity (mW/cm^2): 2.32

ML8511 output: 379 ML8511 voltage: 1.84 UV Intensity (mW/cm^2): 6.67 ML8511 output: 283 ML8511 voltage: 1.37 UV Intensity (mW/cm^2): 3.01

ML8511 output: 404 ML8511 voltage: 1.96 UV Intensity (mW/cm^2): 7.62 ML8511 output: 293 ML8511 voltage: 1.42 UV Intensity (mW/cm^2): 3.39

ML8511 output: 381 ML8511 voltage: 1.85 UV Intensity (mW/cm^2): 6.75 ML8511 output: 287 ML8511 voltage: 1.39 UV Intensity (mW/cm^2): 3.16

ML8511 output: 362 ML8511 voltage: 1.76 UV Intensity (mW/cm^2): 6.02 ML8511 output: 287 ML8511 voltage: 1.39 UV Intensity (mW/cm^2): 3.16

ML8511 output: 406 ML8511 voltage: 1.97 UV Intensity (mW/cm^2): 7.70 ML8511 output: 282 ML8511 voltage: 1.37 UV Intensity (mW/cm^2): 2.97

ML8511 output: 402 ML8511 voltage: 1.95 UV Intensity (mW/cm^2): 7.52 251

ML8511 output: 290 ML8511 voltage: 1.41 UV Intensity (mW/cm^2): 3.28

ML8511 output: 397 ML8511 voltage: 1.93 UV Intensity (mW/cm^2): 7.36 ML8511 output: 278 ML8511 voltage: 1.35 UV Intensity (mW/cm^2): 2.82

ML8511 output: 403 ML8511 voltage: 1.96 UV Intensity (mW/cm^2): 7.58 ML8511 output: 284 ML8511 voltage: 1.38 UV Intensity (mW/cm^2): 3.05

ML8511 output: 387 ML8511 voltage: 1.88 UV Intensity (mW/cm^2): 6.95 ML8511 output: 335 ML8511 voltage: 1.62 UV Intensity (mW/cm^2): 4.97

ML8511 output: 353 ML8511 voltage: 1.71 UV Intensity (mW/cm^2): 5.68 ML8511 output: 249 ML8511 voltage: 1.21 UV Intensity (mW/cm^2): 1.72

ML8511 output: 404 ML8511 voltage: 1.96 UV Intensity (mW/cm^2): 7.60 ML8511 output: 349 ML8511 voltage: 1.69 UV Intensity (mW/cm^2): 5.51

ML8511 output: 368 ML8511 voltage: 1.78 UV Intensity (mW/cm^2): 6.21 ML8511 output: 280 ML8511 voltage: 1.35 UV Intensity (mW/cm^2): 2.87

ML8511 output: 410 ML8511 voltage: 1.98 UV Intensity (mW/cm^2): 7.81 ML8511 output: 287 ML8511 voltage: 1.39 UV Intensity (mW/cm^2): 3.13

ML8511 output: 415 ML8511 voltage: 2.01 UV Intensity (mW/cm^2): 8.00 ML8511 output: 299 ML8511 voltage: 1.45 UV Intensity (mW/cm^2): 3.59

ML8511 output: 410 ML8511 voltage: 1.99 UV Intensity (mW/cm^2): 7.83 ML8511 output: 303 ML8511 voltage: 1.47 UV Intensity (mW/cm^2): 3.74

ML8511 output: 392 ML8511 voltage: 1.90 UV Intensity (mW/cm^2): 7.12 ML8511 output: 330 ML8511 voltage: 1.60 UV Intensity (mW/cm^2): 4.77

252

DATOS OBTENIDOS POR MEDIO DEL SENSOR DE UV EN CATAMAYO

Tabla 32. Rotación de panel según declinación.

Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

253

Figura 325. Toma de datos radiación UV. Bioplastic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 326. Toma de datos radiación UV. Acrilic-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 327. Toma de datos radiación UV. Resin-Thermochromic. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

Figura 328. Toma de datos radiación UV. Vidrio con filtro UV. Elaboración: P. Suing. Y. Torres.

254

ANEXO 3: CÓDIGO CÓDIGO DE MOVIMIENTO DE ACUERDO A LA DECLINACIÓN SOLAR Y RADIACIÓN UV EN FACHADAS ESTE-OESTE El código es generado: Jandry Oscar Banegas Rojas jandcan@hotmail.com Estudiante de Electrónica y Telecomunicaciones _________________________ #include <DS1302.h> #include <string.h> #include <stdlib.h>

#define CANAL_UV 0 #define V_REF 1

volatile char Paso_hex[8]= { 0x08, 0x0c, 0x04, 0x06, 0x02, 0x03, 0x01, 0x09 };

volatile char Tabla_UV_ANG[][2]={ {1,90}, {2,75}, {3,60}, {4,45}, {5,30}, 255

{6,15}, {7,0} };

volatile float Tabla_UV_mens[][3]={ {1, 0.27, -20.7}, {2, 0.37, -12.3}, {3, 0.37, -1.81}, {4, 0.3, 9.1}, {5, 0.135, 18.8}, {6, -0.06, 23}, {7, -0.24, 21.2}, {8, -0.34, 13.7}, {9, -0.38, 3.09}, {10, -0.31, -8.44}, {11, -0.156, -18.1}, {12, 0.067, -22.8} }; /*Se crea un objeto DS1302*/ DS1302 rtc(2, 3, 4);

volatile float Ang_mot=0; volatile unsigned int _Pasos=0; volatile unsigned int _Pasos_temp=0; volatile int error=0;

char tiempo[10]=__TIME__;// Obtener la hora de la compilacion del programa unsigned char *hora; unsigned char *minutos; unsigned char *segundos; unsigned char *mes; unsigned char *dia; unsigned char *Fecha; 256

volatile unsigned int dia_; volatile unsigned int mes_;

volatile float Ang_dia_const; volatile unsigned int x_ant[8]={0,0,0,0,0,0,0,0}; float UV_nivel;

volatile char i=0; volatile unsigned char Niveles_UV[]={1,2,3,4,5,6,7}; volatile unsigned char cont=0; unsigned int FIR(unsigned char canal); float Obtener_UV(unsigned char Canal_ADC); unsigned char UV2ANG(float UV);

unsigned int ANG2PAP(unsigned char ANG);

void setup() { Conf_pines_STEPMOTOR(); /*conf RTC DS1302*/ //Configura el RTC en run-mode, y desbloque la proteccion de la memoria para poder configurar los registros rtc.halt(false); rtc.writeProtect(false);

hora=strtok(tiempo,":"); minutos=strtok(NULL,":"); segundos=strtok(NULL,":");

rtc.setDOW(3);

// Conf el dia de la semana 1-7[Lunes a domingo (en ingles)]

rtc.setTime(atoi(hora), atoi(minutos), atoi(segundos));// Conf el tiempo en formato 24hrs rtc.setDate(5, 10, 2017); // conf la fecha

/*Conf puerto serial*/ 257

Serial.begin(115200); }

void loop() { /*Obtencion del angulo de desplazamiento aditivo debido al mes y dia*/ Fecha=rtc.getDateStr(); dia=strtok(Fecha,"."); mes=strtok(NULL, "."); dia_=atoi(dia); mes_=atoi(mes); for(i=0;i<13;i++){ if(Tabla_UV_mens[i][0] == mes_){ //Ang_dia_const=(float)Tabla_UV_mens[i][2]+(float)dia_*(float)Tabla_UV_mens[i][1]; } } /* Mover_STEPMOTOR(512,1);*/ UV_nivel=Niveles_UV[cont++]; //UV_nivel=Obtener_UV(CANAL_UV); cont=(cont>8)?0:cont; Ang_mot=((float)UV2ANG(UV_nivel))+Ang_dia_const; _Pasos=ANG2PAP(Ang_mot); error=_Pasos-_Pasos_temp; _Pasos_temp=_Pasos; if(error>=0){ Mover_STEPMOTOR(error,1); }else{ error=error*(-1); Mover_STEPMOTOR(error,0); } //Mover_STEPMOTOR(512,1); Serial.print("Nivel UV= "),Serial.print(UV_nivel),Serial.println(" [mW/cm^2]"); Serial.println(rtc.getDateStr()); Serial.print("ANG Servo "),Serial.println(Ang_mot); 258

Serial.println(error); Serial.println(Ang_dia_const); /*delay(500); Mover_STEPMOTOR(512,0);*/ delay(500); } /* Funcion para obtener el nivel de UV en funcion de un voltaje obtenido mediante el ADC la aproximacion lineal es: UV=(voltaje-0.99)/0.121; (ver datasheet ML8511) */ float Obtener_UV(unsigned char Canal_ADC){ float y; float V_ref; float x; y=((float)FIR(Canal_ADC))*5/1023; V_ref=((float)FIR(V_REF))*5/1023; y=(3.3/V_ref)*y; //Serial.print("Data: "),Serial.println(y); x=(y-0.99)/0.121;//Linealizacion return x; } /* * filtro MAF_FIR orden 8, sirve para reducir el rudio y mejorar la seĂąal obtenida en el ADC * filtro de la forma y(n)=(x(n)+...+x(n-7))/8 */ unsigned int FIR(unsigned char canal){ unsigned int y; unsigned char i; for(i=8;i>0;i--){ x_ant[i-1]=analogRead(canal); } y=(x_ant[0]+x_ant[1]+x_ant[2]+x_ant[3]+x_ant[4]+x_ant[5]+x_ant[6]+x_ant[7])>>3; return y; 259

}

void Conf_pines_STEPMOTOR(){ DDRB|=(1<<PINB0)|(1<<PINB1)|(1<<PINB2)|(1<<PINB3); PORTB=0; } /* */ void Mover_STEPMOTOR(unsigned int Pasos,unsigned char Dir){ unsigned char step; if (Dir) { while(Pasos--){ for (step=0; step<8; step++) {

PORTB=Paso_hex[step]; _delay_ms(2); } } } else{ while(Pasos--){ for(step=8;step>0;step--) { PORTB=Paso_hex[step-1]; _delay_ms(2); } } } } /* * Setear_angulo 260

*/ unsigned char UV2ANG(float UV){ unsigned char i; unsigned char ANG; if(UV>=0 && UV<1){ ANG=90; }else{ for(i=0;i<8;i++){ if(i==7){ if(UV==Tabla_UV_ANG[i][0]){ ANG=Tabla_UV_ANG[i][1]; } }else{ if(UV>=Tabla_UV_ANG[i][0] && UV<Tabla_UV_ANG[i+1][0]){ ANG=Tabla_UV_ANG[i][1]; } } } } return ANG; } /* * Funcion tranformacion de pasos a angulos * y=64x/45; * donde= * x -> es angulos * y -> pasos */ unsigned int ANG2PAP(unsigned char ANG){ float y; y=(64*(float)ANG/45); return round(y); } 261