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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD PRIVADA Dr. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INDUSTRIAL
INGENIERIA CONCEPTUAL PARA LA FABRICACION DE VIVIENDAS AUTOSUSTENTABLES TIPO EARTHSHIP (NAVE TERRESTRE) EN EL
ESTADO ZULIA
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO INDUSTRIAL
PRESENTADO POR: DELGADO ANDRES
GÓMEZ JESÚS
ASESORADO POR: Ing. TUDARE GUSTAVO
Dr. CARABALLO RICARDO
MARACAIBO, NOVIEMBRE 2012
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INGENIERIA CONCEPTUAL PARA LA FABRICACION DE VIVIENDAS AUTOSUSTENTABLES TIPO EARTHSHIP (NAVE TERRESTRE) EN EL
ESTADO ZULIA
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DEDICATORIA
Principalmente se dedica este trabajo a Dios, por permitir conocernos,
gozar de salud y darnos sabiduría para el cumplimiento de esta meta.
Seguidamente, a nuestros padres, familiares y amigos por estar
siempre apoyándonos, brindándonos afecto en todo momento; y para que se
sientan cada día más orgullosos de nosotros.
A los profesores Ricardo Caraballo, Gustavo Tudares, que hicieron
posible el desarrollo y logro de este proyecto.
A la Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín, por brindarnos los
recursos, instalaciones y tecnologías necesarias para la adquisición de
conocimientos.
Finalmente, a nosotros mismos, para demostrarnos que debemos
siempre establecer, implementar y mantener el esfuerzo aplicando las
herramientas necesarias para lograr cualquier tipo de meta.
JESUS D GOMEZ M
vi
AGRADECIMIENTO
Primeramente, agradecer a Dios por permitir y llenarme de salud, vida
y mucha sabiduría.
A mis padres por estar conmigo en cada momento de mi vida, en mis
triunfos y fracasos, en lo bueno y lo malo. Por los valores inculcados en mi
ser y muy arraigados en mi pecho.
A mis familiares, principalmente a hermanos, tíos, por cada vez que
me apoyaron en cuanto necesite su ayuda, por los consejos oportunos y
sobre por la mano amiga en los momentos difíciles.
A mis amigos, por ser los hermanos que la vida me ha regalado,
contar con hermanos de vida es una de las más grandes bendiciones de
Dios.
A mis Profesores, por su apoyo, ayuda en formación como profesional,
asi como toda su experiencia para ver la vida de distinta manera en especial
a Alfonso Chirinos, Nerio Villasmil, Ricardo Caraballo y Gustavo Tudare.
ANDRES E DELGADO F
vii
AGRADECIMIENTO
A Dios.
Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud
para lograr mis objetivos.
A Mis Padres Por haberme apoyado en todo momento, por sus
consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser
una persona de bien.
A mis Familiares, mis abuelos, primos, tíos, padrinos, hermanos que
siempre están conmigo…
A mis amigos, que siempre me han apoyado y han estado conmigo en
los momentos difíciles.
A mis Profesores Por su tiempo, por su apoyo así como por la sabiduría
que transmitieron en el desarrollo de mi formación profesional, en especial:
Ricardo Caraballo , Gustavo Tudare.
JESUS D GOMEZ M
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Delgado, Andres; Gómez, Jesús. Ingenieria conceptual para la fabricación de viviendas autosustentables tipo Earthship en el estado Zulia. Universidad Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Industrial. Trabajo Especial de Grado. Maracaibo, 2012.
RESUMEN
El propósito de este trabajo especial de grado fue desarrollar la ingeniería conceptual para la fabricación de viviendas autosustentables tipo Earthship (NaveTerrestre) en el estado Zulia para presentar una propuesta al problema de viviendas y suprimir el uso de equipos acondicionadores de aire para climatización y crear viviendas autosuficientes energéticamente, brindando asi una excelente opción de vivienda para desarrollar en la subregión Guajira del estado Zulia. La investigación se sustenta en las teorías desarrolladas por Juan Gonzalez(2010), Michael Reynolds (2010), Juan Jose Miranda (2004). En cuanto a la metodología utilizada en el desarrollo de la investigación fue la planteada por Hurtado, Arias, Balestrini, Hernandez Sampieri y otros. El tipo de investigación utilizada es proyectiva o proyecto factible con respecto al método del estudio utilizado se catalogó como descriptiva, el se considera un diseño de campo, la metodología utilizada es ecléctica. Como resultado de la investigación de la ingeniería conceptual para la fabricación de viviendas autosustentables tipo Earthship (NaveTerrestre) en el estado Zulia, se identifico que la subregion Guajira posee todos los requerimientos técnicos necesarios para el desarrollo e incorporación de de NavesTierra en línea recta de Oeste a Este, lo que traería a dicha región ventajas numerosas como lo son: bajo consumo de electricidad, viviendas independientes, sistema menos contaminantes, sistemas con mayor durabilidad.
Palabras Claves: viviendas, autosustentales, earthship.
ix
Delgado, Andres; Gómez, Jesús. Conceptual engineering for the manufacture of such self-sustaining Earthship homes (NaveTerrestre) in Zulia State. Raphael Belloso Chacín University. Engineering college. Industrial school. Grade special study. Maracaibo, 2012.
ABSTRACT
The purpose of this grade special study was to develop a conceptual engineering for the manufacture of such self-sustaining Earthship homes (NaveTerrestre) in Zulia State to submit a proposal to the problem of housing and eliminating the use of air conditioning equipment for air conditioning and create housing energy self-sufficient, providing an excellent housing option to develop in the subregion Guajira, Zulia state. The research is based on the theories developed by Juan Gonzalez (2010), Michael Reynolds (2010), Juan Jose Miranda (2004). As for the methodology used in the development of the research was presented by Hurtado, Arias, Balestrini, Hernandez Sampieri and others. The research used projective or project is feasible with respect to the method used in the study was classified as descriptive, the design is considered a field, the methodology is eclectic. As a result of the investigation of the conceptual engineering for the manufacture of such self-sustaining Earthship homes (NaveTerrestre) in Zulia state, it was identified that the subregion Guajira has all the necessary technical requirements for the development and incorporation of straight NavesTierra of West to this, which would bring numerous benefits to the region such as: low power consumption, independent houses, system cleaner, more durable systems. Keywords: homes, autosustentales, earthship.
x
INDICE GENERAL
Pág.
VEREDICTO…………………………………………………………………… iii
DEDICATORIA………………………………………………………………… v
AGRADECIMIENTO…………………………………………………………. vi
RESUMEN…………………………………………………………………….. viii
ABSTRACT……………………………………………………………………. ix
INDICE GENERAL…………………………………………………………… x
INDICE DE IMAGENES………………………………………………………… xiv
INDICE DE CUADROS……………………………………………………… xvi
INDICE DE TABLAS ........................................................................................ xvii
INTRODUCCION……………………………………………………………… 1
CAPITULO I EL PROBLEMA
1. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO ............... 5
1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................... 9
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN...................................................... 9
2.1. OBJETIVO GENERAL .......................................................................... 9
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS………………………………………..... 9
3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN……………………………… 10
4. DELIMITACION DE LA INVESTIGACION……………………………… 11
CAPITULO II MARCO TEÓRICO
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN............................................ 13
2. BASES TEORICAS ...................................................................................... 14
2.1. INGENIERIA CONCEPTUAL .............................................................. 14
2.1.1 PROPUESTA TEGNOLOGICA .................................................. 15
2.1.2 MODELOS...................................................................................... 15
xi
2.1.3 ASPECTOS PARA SU EJECUCION ......................................... 15
2.1.3.1 COSTOS ............................................................................. 16
2.1.3.2 TIEMPO ............................................................................... 16
2.1.3.3 CALIDAD ............................................................................. 16
2.1.4 FUENTES TEGNOLOGICAS ...................................................... 16
2.1.5. MECANISMOS DE SERVICIOS................................................ 16
2.1.5.1. ELECTRICOS.................................................................... 17
(A) SISTEMA SOLAR DE GENERACION
ELECTRICA ....................................................................................................... 17
(B) SISTEMA EÓLICO DE GENERACIÓN
ELÉTRICA .......................................................................................................... 19
(C) MECANICOS............................................................... 21
(D) HIDRÁULICOS............................................................ 21
(E) AIRETE HIDRÁULICOS ............................................ 21
(F) SISTEMA EOLICO DE GENERACION
ELECTRICA ....................................................................................................... 23
(G) SISTEMA DE FILTRADO DE AGUAS LLUVIAS .. 24
2.2. VIVIENDA AUTOSUSTENTABLE ...................................................... 25
2.2.1 CARACTERISTICAS .................................................................... 26
2.3. CLASIFICACION O TIPOS .................................................................. 27
2.3.1. EARTSHIP (NAVE TERRESTRE) ............................................ 27
2.4. ALCANCE DE LA VIVIENDA .............................................................. 37
2.4.1. TAMAÑO DE LA VIVIENDA ....................................................... 37
2.4.2. ESPECTATIVA DE AMPLIACION ............................................ 38
2.4.3. SITIO DE LA VIVIENDA.............................................................. 38
2.4.4. DISTRIBUCION DE LA VIVIENDA ........................................... 43
2.4.5. FORMA DE CONSTRUCCION.................................................. 53
2.4.6. MATERIALES DE CONSTRUCCION....................................... 60
2.4.7. ENERGIA UTILIZADA ................................................................. 65
2.5. ASPECTOS LEGALES......................................................................... 66
xii
2.5.1. FORMA DE CONTRATACION .................................................. 66
2.5.2. MEMORIA DESCRIPTIVA( DOCUMENTOS) ......................... 66
2.5.3 CRONOGRAMA Y SECUENCIA ................................................ 67
2.6 PLANOS MODELOS ............................................................................ 67
2.6.1. FISICOS (PLANTAS PILOTOS Y MAQUETAS)..................... 67
2.6.2. ANALOGICOS ( ELECTRICOS Y MECANICOS) .................. 68
2.6.3. GRAFICOS (PLANOS Y MAPAS)............................................. 68
3. SISTEMA DE VARIABLES.......................................................................... 68
3.1. DEFINICIÓN NOMINAL ....................................................................... 68
3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL .............................................................. 68
3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL............................................................. 69
CAPITULO III MARCO METODOLOGICO
1. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................. 71
2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN............................................................. 72
3. POBLACIÓN .................................................................................................. 73
4. METODOLOGIA SELECCIONADA (FASES DEL PROYECTO).......... 74
CAPITULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
1. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS DATOS Y RESULTADOS ............ 79
1.1. ASPECTOS FISICO- NATURALES ................................................... 79
1.1.1. DENTIFICACION DE LAS CARACTERISTICAS
FIS ICAS Y NATURALES ................................................................................. 79
1.1.2. DISEÑO SIGUIENDO LAS DIRECTIVAS Y LOS
CONCEPTOS DE LOS FENÓMENOS NATURALES ................................ 87
1.1.2.1. DETERMINACION DE LAS CARACTERISTICAS
QUE DEBA POSEER LA VIVIENDA ............................................................. 87
1.1.2.2. ANALISIS DE LAS ALTERNATIVAS DE
MATERIALES MAS CONVENIENTE ............................................................ 92
xiii
1.1.2.3. DETERMINACION DEL MODELO MÁS
ADECUADO DE ACUERDO A LA ZONA ..................................................... 95
1.1.3. DESARROLLO DE UNA INGENIERIA CONCEPTUAL ...... 96
1.1.3.1. PLANIFICACION DE LA EJECUCION DE
INGENIERIA ...................................................................................................... 96
1.1.3.2. CALCULO DE TIEMPO, CALIDAD Y COSTO ........ 97
1.1.3.3. TEGNOLOGIA A SELECCIONAR ............................. 98
1.1.3.4. DEFINICION DE SISTEMAS (MECÁNICO,
ELÉCTRICO Y PROCESOS) .......................................................................... 99
(A) LOS SISTEMAS DE LA NAVETIERRA .............. 99
1.1.3.5. PAUTAS DE INGENIERÍA DE DETALLES .............. 101
1.1.3.6. DEFINICION DE UBICACIÓN GEOGRAFICA
DE LAS INSTALACIONES .............................................................................. 104
1.1.3.7. REVISIÓN DE TAREAS POSIBLES A
SUBCONTRATAR ............................................................................................ 106
1.2. PRESENTACIÓN DE LA PROPUESTA ........................................... 106
CONCLUSIONES ............................................................................................. 116
RECOMENDACIONES. ................................................................................... 117
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................. 118
ANEXOS............................................................................................................. 119
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INDICE DE IMAGENES
Pág.
IMAGENES
1. Sistema solar de generación eléctrica ...................................................... 18
2. Aerogeneradores .......................................................................................... 20
3. Ariete Hidráulico........................................................................................... 23
4. Sistema de recolección de agua ................................................................ 24
5. Utilización de aguas grises.......................................................................... 34
6. Área de Inventario ........................................................................................ 39
7. Aguadas ......................................................................................................... 40
8. Cisterna domestico ....................................................................................... 41
9. Circulación del viento ................................................................................... 42
10. Vivienda sustentable (clima seco) ........................................................... 43
11. Vista de planta de modulo “U” .................................................................. 44
12. Línea recta de oeste a este ...................................................................... 46
13. Paso recto (vista de planta) ...................................................................... 46
14. Paso recto (vista lateral ............................................................................. 47
15. Invernadero en pendiente ......................................................................... 47
16. Hileras combinadas (vista planta) ............................................................ 48
17. Sombreado dentro de la vivienda ............................................................ 51
18. Armarios ....................................................................................................... 51
19. Divisiones internas ..................................................................................... 52
20. Distribución de cargas ............................................................................... 54
21. Distribución de cargas en vautes ............................................................. 55
22. Cimientos ..................................................................................................... 56
23. Techos .......................................................................................................... 58
24. Invernadero.................................................................................................. 58
25. Paredes ........................................................................................................ 59
26. Sistema de Ventilación ............................................................................. 88
xv
27. Orientación de ventanales ........................................................................ 88
28. Pozo Subterráneo....................................................................................... 90
29. Nave terrestre (línea recta de oeste a este)........................................... 95
30 Sistema eléctrico básico ............................................................................. 100
31. Orientación geográfica de la vivienda ..................................................... 106
32. Muros macizos ............................................................................................ 107
33. Espesor de moros para invernadero ...................................................... 108
34. Paneles solares .......................................................................................... 108
35. Ventanales y su inclinación....................................................................... 109
36. Sistema de recolección de água de lluvia .............................................. 109
37. Inclinación del sistema de recolección de agua .................................... 110
38. Tanque para recolección de agua de lluvia............................................ 110
39. Sistema eolico para generaciones eléctricas......................................... 111
40. Invernadero externo .................................................................................. 111
41. Vautes .......................................................................................................... 112
42. Expectativa de ampliación (vista aérea) ................................................. 113
43. Expectativa de ampliación (vista sur) ...................................................... 113
44. Expectativa de ampliación (vista d eplanta) ........................................... 113
45. Expectativa de ampliación (vista lateral) ................................................ 114
46. Expectativa de ampliación vista frontal) ................................................ 114
47. Expectativa de ampliación Vista frontal) ................................................. 115
xvi
INDICE DE CUADROS
Pág.
CUADROS
1. Actividades y Recursos................................................................................ 76
2. Cronograma de Actividades ........................................................................ 77
xvii
INDICE DE TABLAS
Pág.
TABLA
1. Resumen de características de materiales par vautes........................... 60
2. Características Físico ambiéntales del Estado Zulia ............................. 86
3. Características de la Vivienda .................................................................... 91
xviii
INTRODUCCIÓN
Desde el inicio de la segunda guerra mundial las operaciones de
ingeniería , están basadas en procesos y actividades para obtener algún
resultado, siempre intentando buscar las formulas y los métodos más
adecuados para alcanzar un fin de la manera más eficiente posible,
incrementando así la productividad del proceso en cuestión.
Por ello, el sector energético se ha caracterizado por un rápido
desarrollo tecnológico. Existe hoy diversidad de formas para su obtención,
pero el principal propósito es la energía limpia, que no arroje contaminantes
al planeta. Las viviendas son necesarias en cualquier parte del mundo y en
lugares con climas extremos se hace necesario el uso de equipos
acondicionadores de aire, por ello el acondicionamiento ambiental se ha
convertido una necesidad para los habitantes de regiones calurosas, las
viviendas NaveTierra ofrecen un clima interior de entre 24 – 18° C,
independientemente del clima exterior, estose debe a los materiales
utilizados para construir la vivienda, a su ubicación, a su diseño y
distribución.
Por lo antes expuesto y buscando una conciliación entre el
acondicionamiento ambiental, la generación de energías renovables,
viviendas menos costosas y mas duraderas, se sugiere seguir las pautas de
fabricación identificando las condiciones geoambientales del entorno, para
fabricar viviendas autosustentables tipo Earthship (NaveTerrestre). El
funcionamiento de la vivienda es muy similar a un aire acondicionado
xix
tradicional que funciona para frío o como calefacción dependiendo de las
necesidades, sin embargo a fin de solventar la situación de las altas
temperaturas en el interior de las viviendas en la subregión Guajira se
plantea la ingeniería conceptual para la fabricación de viviendas
autosustentables tipo Earthship (NaveTierra), las cuales intercambian
energía con el aire y gracias a su diseño alcanzan la climatización interna de
entre 24 – 18° C.
La gran ventaja de este sistema es que el intercambio de calor es que
el suelo tiene mayor conductividad térmica que el aire. Además el subsuelo
suele estar a un temperatura más neutra durante todo el año (más fresca en
verano y más templada en invierno) con lo cual se realiza la transferencia de
energía entre un ambiente y el otro
Considerando la importancia que tiene la generación de energía y el
acondicionamiento ambiental y las viviendas, se realizó el presente proyecto
el cual pretende desarrollar la ingeniería conceptual para la fabricación de
viviendas autosustentables tipo Earthship (NaveTierra) en el estado Zulia,
como alternativa que no perjudique las condiciones del medio ambiente y
solvente las necesidades de los habitantes. Por ello , se ha organizado el
trabajo en capítulos que se describen a continuación:
Capítulo I: Referido a la definición tanto de la descripción problemática
así como de sus objetivos, justificación y delimitación de la investigación.
Capítulo II: Comprende lo referente a los antecedentes, el sistema de
variables y el marco teórico.
2
xx
Capítulo III: Incluye al tipo, diseño de investigación; y metodología del
estudio así como, la metodología del estudio, actividades a realizar y
recursos a utilizar.
Por último, el Capítulo IV: Donde hace referencia al análisis y discusión
de los resultados de la investigación, las conclusiones y recomendaciones
del estudio.
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