1 E STUDIO PRELIMINAR DE RECUBRIMIENTOS VERDES, MEDIANTE CULTIVOS TRADICIONALES / HIDROPÓNICOS, CON CONTENEDORES DE LUZ PARA LA APLICACIÓN EN MÓDULOS PREFABRICADOS, ADAPTADOS A LA EPS.

2 Resumen La problemática del espacio que dispone la Escuela Politécnica Superior de Sevilla EPS, es un gran problema para el alumnado y mucho mas con las caracolas que no son mas que conteiner adecuados con prisa y urgencia que las autoridades han propuesto. Se puede ver con facilidad, que el alumnado sufre en las instalaciones en épocas de verano. En el estudio propuesto se pretende utilizar los mismos recursos optimizando energía y dando una mejor calidad de confort para al alumnado con el menor costo que implique, por lo tanto se plantea las siguientes ideas: Se diseñará contenedores de agua con los que podremos obtener luz natural dentro de los espacios habitables y así limitar el consumo de electricidad en las horas solares. Dichos contenedores serán objeto material, con la distribución en las caracolas. Otra solución al problema del medio ambiente es proporcionar un recubrimiento verde, techos y paredes, a los módulos prefabricados con los que se consiguen reducir el CO 2 del aire y liberan oxígeno, aislando térmicamente, del ruido y la humedad, lo que permite un ahorro energético, entre otros beneficios. Estudios sobre cultivos tradicionales/hidropónicos para implantar en los módulos prefabricados. El objetivo final de esta investigación es elaborar un estudio óptimo combinando las ideas expuestas anteriormente, evaluando su eficacia para cada caso en concreto según la climatología, situación, recursos naturales, etc.

3 Índice 1.Introducción 1.Finalidad 2.Antecedentes 2.Objetivos del Proyecto 1.Hipótesis de Partida 2.Resultados Previos 3.Objetivos 3.Metodología y Plan de Trabajo 4.Beneficios y Difusión del Proyecto

4 Introducción Finalidad Antecedentes 1

5 1.1. FINALIDAD La finalidad principal de este proyecto consiste en dos líneas principales: ◉ Estudio de la optimización energética de la caracola para climas de verano, ◉ Estudio del aprovechamiento de los recursos que se dispone que pueden ser obtenidos de la vegetación implantada en los techos verdes como en los jardines verticales, a través de tres opciones: - Cultivos tradicionales - Hidropónicos - O una combinación de ambas

6 Características ◉ Logran reducir el CO 2 del aire y liberan oxígeno. ◉ Reducen la cantidad de calor absorbido del sol que luego es liberado por los edificios al medio ambiente (“Efecto de isla de calor urbano”). ◉ Aíslan los edificios, manteniendo el calor durante el invierno y el frio durante el verano, lo que permite un ahorro energético. ◉ Regulan el escurrimiento del agua, ya que retienen las aguas pluviales. ◉ Permiten mejorar el paisaje. ◉ Favorecen la biodiversidad en el medio ambiente urbano. ◉ Aíslan el ruido exterior. 1.2. ANTECEDENTES Entre los beneficios ambientales de las azoteas verdes los expertos destacan la regulación de la temperatura y la humedad, la recuperación de áreas verdes y la reducción del efecto "isla de calor". En las grandes ciudades, el efecto "isla de calor" consiste en la dificultad de la disipación del calor en la noche tras la acumulación durante el día. "Una azotea con un impermeabilizante tradicional, en la época de más calor en la ciudad", (Müller), "llega a calentarse hasta 80 grados centígrados. En una azotea verde a lo máximo que llega la temperatura es a 25 grados centígrados porque tienes una capa vegetal que está absorbiendo la temperatura". 1.2.1. Antecedentes y estado actual de los Techos Verdes

7 Producción de O2 y consumo de CO2 ◉ Toman CO 2 del aire y liberan oxígeno. Esto sucede en el proceso de fotosíntesis en el que 6 moléculas de CO 2 y 6 moléculas de H 2 O, mediante un consumo de energía de 2,83 kJ, producen 1 molécula de C 6 H 12 O 6 (glucosa) y 6 moléculas de O 2. ◉ En el proceso de la respiración, se produce CO 2 y se consume O 2. Sin embargo solamente de 1/5 a 1/3 de las sustancias ganadas por la fotosíntesis son consumidas nuevamente. ◉ Mientras las hojas verdes sobre el techo aumenten, se generará oxígeno y se consumirá CO 2. 1.2. ANTECEDENTES El Departamento de Tierra, Medioambiente y Ciencias Físicas, de la Universidad de Siena, resolvió la eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera a través de la instalación de plantas herbáceas perenne en un sistema de vegetación vertical (llamada VGS), utilizando un modelo dinámico. El modelo cuantifica la capacidad de diversas plantas para acumular el carbono en diferentes fases desde la siembra de las especies. ◉ Absorción de CO 2 por la biomasa vegetal de 0.44-3.18 kg CO 2 eq m 2 de jardín vertical por año. ◉ Estimaron que unos 98 m 2 VGS instalados en el centro de Italia capta un carbono promedio flujo de dióxido de 13.41-97.03 kg CO 2 eq al año. 1.2.1. Antecedentes y estado actual de los Techos Verdes

8 ◉ A través del Proyecto regional para la Superación de la pobreza en Sur América, desarrollado por las Naciones Unidas, se probó la hidroponía en países de la Región. Ha demostrado ser una opción para hacer productivos los hogares, proporcionando la capacidad de cultivar productos hortícolas casi perfectos. ◉ Cultivos más extendidos: 1.2. ANTECEDENTES Productividad 1.2.2. Antecedentes y estado actual de Hidroponía  Tomate.  Pimiento de Gernika.  Lechuga.  Judía de enrame.  Endivia.  Pepino.  Papas.  Pimiento de asar.  Champiñones.  Acelgas, etc.  Melones y Sandias

9 ◉ Índice de refracción del agua: 1.33 y al tener un ángulo de mayor incidencia en su superficie, mayor será la iluminación en el espacio no iluminado. ◉ La densidad óptica es una magnitud física que mide la absorción de un elemento óptico por unidad de distancia, para una longitud de onda dada: Ecuación 2.1. Longitud de onda. 1.2. ANTECEDENTES Mientras más alta es la densidad óptica, más corta es la transmitancia. La radiación correspondiente a la zona visible cuya longitud de onda está entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo). 1.2.3. Antecedentes y estado actual de Iluminación por Agua

10 Objetivos del proyecto Hipótesis de Partida Resultados Previos Objetivos Concretos 2

11 2.1. HIPÓTESIS DE PARTIDA ◉ Unión de paredes verdes y la hidroponía para crear un nuevo sistema ecológico en las ciudades y las zonas desfavorables para el cultivo, las primeras por espacio y las segundas por el contexto medioambiental. ◉ Viviendas energéticamente eficiente. Implementar en las caracolas para hacerlas más ecosostenibles. El uso de botellas con agua propuestas por Moser un ingeniero mecánico de Brasil. ◉ A raíz de esto se busca combinar distintas formas y sustancias para aumentar la luz dentro de las caracolas y hacerlas más ergonómicas. ◉ La asociación de ambas vías de investigación ayudará a diseñar caracolas más ecosostenibles y que ayuden además a reducir la contaminación al tiempo que proporcionan una fuente de autosuficiencia a los usuarios al poder cultivar alimentos.

12 2.2. RESULTADOS PREVIOS I. Uso de botellas con mezcla de agua destilada con cloro, proporcionan iluminación diurna en el interior de los modelos prefabricados, prescindiendo del uso de electricidad gracias a la refracción de la luz solar en la mezcla. II. El cultivo de plantas sin suelo, llamada hidroponía, permite la obtención de alimentos en menos tiempo, sin necesidad de rotación, con un uso de menos área y con la particularidad de cultivar independientemente del clima, gracias a la combinación de sustancias en el agua que se agrega. III. Uso de los techos y paredes verdes para el cultivo tradicional de alimentos, pequeño y mediano, optimizando el espacio dándole un doble uso. IV. Las razones principales para el uso de techos verdes, son sus propiedades de excelente aislador/regulador térmico, sonoro y humedad, la recuperación de áreas verdes en entorno urbano y la reducción de “isla de calor” en grandes ciudades.

13 2.3. OBJETIVOS CONCRETOS I. Estudio de la luminancia de contenedores de luz para la reducción del consumo de electricidad, según el tamaño de las mismas, el material a usar, la mezcla de líquidos más idónea y la distribución en los módulos sostenibles. Además, de tener en consideración la capacidad de dichos módulos y el tiempo de luz disponible por el sol. II. Selección del tipo de plantas, colocadas tanto en las paredes como en el techo, para una mejor producción de oxígeno y absorción de CO2, además de evitar el recalentamiento y reducir la variaciones de temperatura del ciclo día-noche, reducción acústica y de humedad. III. Determinación del tipo de plantas para la obtención de alimentos a cultivar en contextos específicos, y el estudio de una posible sustitución por cultivos hidropónicos para reducir el tiempo de cosecha. IV. Desarrollo de dos prototipos de módulos sostenibles seleccionando los parámetros de diseño: siendo la primera opción la más eficiente energéticamente y la segunda opción, con un mejor aprovechamiento del cultivo.

14 Módulos Prefabricados con Paredes y Techos Verdes iluminados con Contenedores de Luz por agua. Uso de cultivos para alimentación tradicionales/hidropónicos.

15 A nivel global

16 Metodología y Plan de Trabajo 3

17 3.1. TAREAS PRINCIPALES Tarea 1 DISEÑO DEL CONTENEDOR DE LUZ. Tarea 2 DISTRIBUCIÓN DE CONTENEDORES DE LUZ. Tarea 3 SELECCIÓN DE PLANTAS PARA OPTIMIZACIÓN ENERG É TICA Y PRODUCCIÓN DE O2. Tarea 4 ENSAYO DE CULTIVO PARA ALIMENTACIÓN. Tarea 5 FABRICACIÓN DE MÓDULOS PILOTO PARA CLIMA DE ENSAYO.

18 TAREA 1 Subtarea 1.1. Estudio del índice de refracción en el liquido. Se estudiara el índice de refracción del H2O (agua) mas Cl (cloro) y Na2SO4 (sulfato de sodio) que proporcionaran un índice de refracción superior al del H2O (agua) que es de 1.33. Subtarea 1.2. Estudio del índice de refracción en el contenedor. Se estudiara el índice de refracción del contenedor, que al aumentar su composición en porcentaje de oxido de aluminio Al2O3 aumentará. También un coeficiente de trasmisión térmica de por lo menos 6 (W/m2K). Subtarea 1.3. Dimensiones y geometría del contenedor. Se estudiara la geometría coaxial d e revolución esférica del contenedor debido a las propiedades físicas ópticas, así como su geometría de incidencia solar. Diseño de un contenedor de luz. Objetivo: Diseñar y seleccionar el mejor sistema entre geometría del contenedor y liquido a proporcionar la refracctancia con un nivel optimo de luxes para la iluminación.

19

20 TAREA 2 Subtarea 2.1. Cálculo de la distribución y número óptimo de contenedores de luz. Distribución de los contenedores en función de la luz que ofrecen, midiendo con luxómetro. También el número necesario para módulo tenga la iluminación deseada. Se probaran distintas combinaciones longitudinales y transversales para ver cual es la óptima. Subtarea 2.2. Colocación de espejos en el exterior y/o interior de los módulos. El aumento de la incisión de la luz sobre los contenedores se realizará con la colocación de espejos inclinados en el exterior del módulo. Además también se hará para tratar de obtener mayor horas de luz. En el interior se estudiará la posibilidad de aumentar el área que abarca cada contenedor de luz de iluminación. Subtarea 2.3. Relación de horas de sol con la luz interior. Se estudiará las horas de sol en las distintas estaciones y las horas de luz que se tiene dentro de los módulos. Cada hora se evaluará la luz con el luxómetro. En los periodos de inicio del día y final del día, las mediciones se realizarán cada 10 minutos porque se necesita más control. Distribución de contenedores de luz. Objetivo: Mediante técnicas de medición, se evaluará el número necesario de contenedores y la distribución idónea para la iluminación interior de los módulos, optimizando de manera que sea el menor número posible de contenedores.

21

22 Dimensiones del módulo prefabricado.

23 TAREA 3 Subtarea 3.1. Cálculo del área disponible después de la ubicación de los contenedores de luz, en el techo y las paredes. Tras el estudio y la decisión final de la distribución de los contenedores de luz, se calculará el área disponible para la ubicación sobre el techo de las plantas seleccionadas para una correcta optimización energética y una producción de O2 adecuada. En la ubicación de las plantas en las paredes se deberá tener en cuenta las puertas de acceso y las ventanas. Subtarea 3.2. Estudio de la variación de temperatura, ruido y humedad en función del tipo de plantas y según el clima. Debido a la importancia de este estudio, se deberá diferenciar los climas para su posterior estudio. Por ello, la diferenciación de climas será la siguiente: ◉ Clima extremadamente seco. ◉ Clima extremadamente húmedo. ◉ Clima intermedio. Tras dicha diferenciación de climas, se realizara una búsqueda de plantas adecuadas para el caso concreto. Selección de Plantas para Optimización Energética y Reducción de O2. Objetivo: Estudio para la selección de plantas para la optimización energética y la producción de O2 en los diferentes climas. Realizar una búsqueda general de dichas plantas, proponer varias para su estudio y evaluación y calcular el área disponible.

24 TAREA 4 Subtarea 4.1. Estudio del cultivo hidropónico más fructífero en cada clima (paredes y techo). El primero paso es la elección de las especies : ◉ Aloe Vera ◉ Flor de las nieves ◉ Lechuga ◉ Tomates ◉ Cilantro ◉ Hongos ◉ Patatas ◉ Cebolla Se realizará un estudio a pequeña escala para ver si las especies propuestas son realmente viables bajo las condiciones ambientales según sus propiedades. Se desarrollaran pruebas con distintos climas, distinta distribución en los módulos prefabricados, según los diseños de los recipientes donde se ubicarán las especies seleccionadas, mezcla de líquidos, la rapidez de crecimiento y el costo de cultivo de cada especie. Ensayo de Cultivos para Alimentación. Objetivo: Mediante el estudio de distintas especies en cultivos hidropónicos y tradicionales según la climatología de cada planta, se realizará una evaluación para escoger la opción más óptima de alimentación de un módulo prefabricado.

25 TAREA 4 Subtarea 4.2. Estudio del cultivo tradicional más fructífero en cada clima (paredes y techo). Para evaluar ambos cultivos en la subtarea 4.3., se proponen las mismas especies para cultivar y así poder seleccionar la óptima. Los datos que se tomarán son: 1. Crecimientos. 2. Rotación de las especies según las condicionales ambientales. 3. Distribución en paredes y techos. 4. Peso que deberá soportar los módulos con las tres capas necesaria: membrana impermeable, sustrato y vegetación (teniendo presente el peso del agua o nieve) 5. Costo de mantenimiento y sistema de drenaje. Además, se tendrá presente los grados de inclinación donde se colocará el cultivo, ya que no son recomendables en techos con una pendiente mayor de 10º y menor de 2º. Ensayo de Cultivos para Alimentación. Objetivo: Mediante el estudio de distintas especies en cultivos hidropónicos y tradicionales según la climatología de cada planta, se realizará una evaluación para escoger la opción más óptima de alimentación de un módulo prefabricado.

26 TAREA 4 Subtarea 4.3. Comparación de resultados en la subtarea 1 y 2, y configuración de la combinación de cultivos y/o hidropónico. Con los datos recogidos en las subtareas anteriores, se dispondrá evaluar qué plantas son las mejores para cada clima, evaluando la opción de cultivo tradicional o hidropónico, sus costes para los contextos donde serán instalados, eficacia en la producción de alimentos, así como la opción de una posible combinación de ambas. Ensayo de Cultivos para Alimentación. Objetivo: Mediante el estudio de distintas especies en cultivos hidropónicos y tradicionales según la climatología de cada planta, se realizará una evaluación para escoger la opción más óptima de alimentación de un módulo prefabricado.

27 Cultivos hidropónicos Prueba para comprobar los sustratos y las clases de alimentos.

28 TAREA 5 Subtarea 5.1. Montaje. En los módulos prefabricados se instalarán tanto los contenedores de luz en su disposición estudiada como sus correspondientes espejos. A su vez se instalarán los cultivos respetando las especies seleccionadas en cada caso, con su correspondiente distribución y separación idónea. Subtarea 5.2. Mediciones. Durante un periodo de 12 meses se realizarán medidas periódicamente tanto de condiciones de humedad, de temperatura y de luminosidad que se compararán con los datos medidos en un módulo prefabricado estándar con las mismas características y ubicado en el mismo lugar. Subtarea 5.3. Resultados y conclusiones. Una vez finalizado el periodo de pruebas, se elaborará un informe final donde aparecerán los datos estadísticos obtenidos de todas las medidas y las conclusiones finales del proyecto. Fabricación de Módulos Piloto para Clima de Ensayo Objetivo : Montaje del conjunto. Se elegirán las especies que han sido seleccionadas para adaptarse al clima medio (clima mediterráneo). En uno de los módulos se plantarán las especies para la reducción energética y en otro las especies de cultivo.

29 Módulo prefabricado con recubrimiento verde.

30 4 Beneficios del Proyecto, Difusión y Explotación de los Resultados

31 Beneficios del Proyecto: ◉ Con la utilización de los recubrimientos verdes se consiguen como beneficios principales: La regulación de la temperatura y la humedad. La recuperación de áreas verdes y la reducción del efecto "isla de calor". La reducción del CO2 del aire y la liberación de oxígeno. Aislar los edificios, manteniendo el calor durante el invierno y el frio durante el verano El uso de estos recubrimientos es ideal para la combinación con la hidroponía, técnica para cultivar, todo ello creara un nuevo sistema para la ecología en las ciudades y las zonas desfavorables para el cultivo. ◉ Mediante el uso de contenedores de agua para producir luz sin necesidad de energía eléctrica, se podrá llevar la luz en estas caracolas a cualquier lugar del mundo. Además dentro del uso de los contenedores de luz, se busca diseñar distintas formas y sustancias que se pueden aportar al agua para aumentar su potencia lumínica. ◉ La aplicación combinada de ambas técnicas, ayudará a conseguir una considerable optimización energética en un módulo prefabricado, consiguiendo las óptimas caracolas ecosostenibles para cualquier clima y lugar del mundo donde pueden proporcionan los beneficios descritos anteriormente.

32 Difusión y Explotación de los Resultados ◉ El tema concreto del proyecto será objeto de un proyecto de investigación en el campo de la energía segura, eficiente y limpia. ◉ Se presentará el proyecto a las autoridades de la universidad de Sevilla y a nivel nacional. Por su carácter de gran aplicación en países subdesarrollados y por respetar el medio ambiente, se podrá publicar en revistas conocidas y muy bien valoradas. En todos los medios de difusión donde se presente el proyecto se mencionará la entidad financiadora. Los resultas obtenidos de este proyecto podrán desembocar en patentes industriales. El proyecto se adecua a las prioridades del PLAN NACIONAL I+D+i 2013– 2016: Programa estatal de I+D+i orientada a los retos de la sociedad. Subprograma estatal orientado al reto en energía segura, eficiente y limpia.

33 Gracias por su atención Módulos Prefabricados con Paredes y Techos Verdes iluminados con Contenedores de Luz por agua.