arreglo de espejos para \”canalizar\” luz solar

Sistema de iluminación para el interior de edificios y
casas utilizando luz solar reflejada hacia el interior
por medio de un arreglo de espejos
Santiago Vásquez
#1
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Profesional en formación, Universidad Técnica Particular de Loja
Loja, Ecuador
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sdvasquez@utpl.edu.ec
Resumen—Se describe en este trabajo una alternativa para
la iluminación en el interior de edificios y casas desarrollada
en la Universidad de British Columbia, el cual consiste en
aprovechar la luz natural del día reflejándola hacia el
interior de edificios, se presentan las características
principales de este sistema y se plantea este sistema como
una alternativa a futuro de iluminación de bajo coste y
ahorro de energía eléctrica.
Palabras claves— energía,
eficiencia, espejos.
luz
natural,
iluminación,
I. INTRODUCCIÓN
A través de este sistema de iluminación solar se
brindaría iluminación en un edificio o casa en el día en
regiones en el interior que no consten con ventanas y
necesiten estar iluminadas durante el día, con el fin de
reducir sustancialmente la necesidad de iluminación
eléctrica. En los edificios de oficinas la energía requerida
para la iluminación eléctrica es más del 30% del consumo
total eléctrico del edificio [2]. Por lo que este proyecto
tiene como objetivo demostrar el desarrollo de un sistema
de iluminación natural básica que conlleve un ahorro de
energía y en consecuencia, la aplicación de esta tecnología
se traducirá en una reducción significativa de las emisiones
de gases de efecto invernadero.
Este sistema se lo podría utilizar en cualquier edificio
estándar. Cabe recalcar que esta investigación se la
empezó a desarrollar en la Universidad de British
Columbia por varios investigadores [2], y lo que se
pretende es mostrar una alternativa en los sistemas de
iluminación y para su futura implementación y
consideración ya que es un sistema beneficioso y de bajo
coste comparado con el ahorro de energía eléctrica que
proporcionaría en el edificio donde se instale.
Fig. 1. Diseño del colector de luz solar [2].
La luz del sol concentrada es dirigida hacia las
estructuras de distribución de la luz dentro de la cavidad
del techo en cada planta. Esta distribución se la hace por
medio de guías de luz de doble función que sirven como
transporte y distribución de la luz del sol, y al mismo
tiempo operan como ducto de instalaciones eléctricas para
complementar la iluminación cuando sea necesario [2].
B. Materiales que componen el colector de luz solar
-
Arreglo de espejos: El arreglo de espejos con el
que se ha probado hasta ahora tiene elementos
dispuestos en forma de mariposa es decir tiene un
eje vertical que permite una rotación con la ayuda
de dos pequeños motores controlados a través de
una PC, esto con el fin de lograr una máxima
eficiencia, y así cada espejo sea orientado de
acuerdo a la posición del sol.
Cada módulo que recolecta la luz solar está
compuesto por dos arreglos de espejos, cada uno
formado por 35 espejos, como se muestra en la
Fig. 2.
II. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
A. Diseño del Sistema
El sistema de iluminación solar aquí descrito incluye una
estructura para recoger la luz solar y un sistema de
distribución para dentro del edificio. El elemento de
recolección de la luz solar, se ilustra en la Fig. 1, es
montado encima de las ventanas a lo largo de la pared del
edificio, este se encuentra recubierto por una cubierta
transparente. La cubierta protege los elementos ópticos de
las inclemencias del tiempo, estos componentes se pueden
hacer con materiales relativamente baratos y ligeros.
Fig. 2. Módulo que consiste en dos arreglos de espejos [2]
El sistema de movimiento de los espejos puede
ser alimentado por un panel fotovoltaico 10 cm x
10 cm, debido a que los motores utilizados no
-
-
requieren de potencia mayores. Por lo que este
sistema puede ser autosuficiente.
Estos espejos también tendrán una estructura
especial polarizada que reflejen en la menor
cantidad posible ondas de calos hacia adentro y se
eviten problemas con la temperatura
Espejos concentradores parabólicos: La luz solar
que es redirigida por la matriz de espejos es
entonces enfocada hacia la apertura de la guía de
luz por dos espejos con forma de paraboloide.
Aunque la estructura de la forma apropiada,
paraboloide se puede lograr utilizando una serie
de técnicas de fabricación estándar.
Protección del módulo: El recubrimiento del
módulo de recolección de luz solar protege los
componentes del viento, las precipitaciones y la
suciedad, permitiendo el uso de materiales
relativamente barato y ligero y eliminando la
necesidad de un mantenimiento regular del
módulo [2].
La protección, se muestra en la Fig. 3, mide 80
cm de ancho en la parte superior, 100 cm de
ancho en la parte inferior y 130 cm de alto. Se
utiliza láminas de acrílico con un componente de
filtrado de rayos UV, se utiliza para la ventana
frontal transparente, mientras que los lados, de
atrás y de arriba se hacen con material de
aluminio ligero y rígido.
Además
esta
protección
debe
estar
herméticamente sellada para mantener los
componentes ópticos limpios, pero, ya que
experimentarán cambios de temperatura, es
necesario despejar la cámara a través de un filtro
HEPA para que pueda adaptarse rápidamente a
cambios de presión [2].
En la Fig. 4 se muestra el sistema completo instalado en
un edificio en el cual constan los elementos descritos y su
ubicación tanto en el interior como en el exterior de los
edificios.
Fig. 4. Sistema de Iluminación Solar [1]
III. VENTAJAS DEL SISTEMA
Entre la principales ventajas con las que cuenta este
sistema es su ahorro de energía en las horas del día que se
necesita iluminación especialmente en los espacios donde
no llega la luz natural ya sea porque no existan ventanas
cerca o se requiera una iluminación adecuada. Por lo que
se reduce la carga de iluminación artificial y además
provee una mejor calidad de iluminación en los interiores
de los edificios, casas o en donde se requiera iluminación
durante el día y se reciba directamente la luz del sol.
Así mismo aumentar la cantidad de luz natural en los
edificios ha sido durante mucho tiempo un objetivo en el
diseño arquitectónico. Diferentes estudios han demostrado
que con la iluminación natural aumenta el bienestar de las
personas; mejora su salud, son más felices y más
productivos. Se ha comprobado que los diseños que
utilizan más luz natural además tienen otros efectos
positivos [3]:
-
Fig. 3. Protección del módulo de recolección de luz solar.
C. Guías de Onda de luz
El módulo de recolección de luz solar concentra y
redirige la luz del sol en la apertura de la guía de luz que es
de 60 cm de ancho y 25 cm de alto de alto. Y esta a su vez
la dirige hacia dentro del edificio. Además se la puede
utilizar para distribuir la iluminación dentro del edificio
[2].
IV. VISIÓN A FUTURO
La proyección de este trabajo sería implementarlo y
medir su funcionamiento a través del tiempo y su real
eficiencia. Este proyecto es de interés general ya que no
muestra una alternativa a problemas de iluminación y
además provee un ahorro energético que hoy en día es
buscado en todo sistema energético.
D. Implementación dentro del edificio o casa
La integración de este sistema en la construcción es un
componente sumamente importante de este proyecto. Por
ejemplo, es necesario garantizar que las aperturas a través
por la cual la luz del sol se transmite no comprometa la
fachada del edificio, pero esto se puede lograr utilizando
los mismos enfoques de sellado que se utilizan actualmente
cuando se instalan nuevas ventanas [2].
Aumenta la productividad
Aumenta la capacidad de aprendizaje (20 – 26%)
Disminuye el absentismo
Ambiente laboral o educativo más confortable
Mejor calidad y comodidad visual
Aumenta la permanencia dentro del centro
comercial por parte de los clientes.
V. CONCLUSIONES
-
Es posible tener un sistema de iluminación basado
en una matriz de espejos, aprovechando las
excelentes propiedades de reflexión de luz de los
espejos, y así poder aprovechar este sistema no
sólo por el ahorro energético si no por la calidad
-
-
de iluminación que proveería dentro de cualquier
construcción.
Para obtener una mayor eficiencia del sistema se
debe reorientar los espejos que constituyen la
matriz de este sistema, conforme vaya cambiando
de posición el sol, con esto se aprovecha de mejor
manera la luz que proviene del sol y que es
mucho mayor en determinados periodos de
tiempo.
Se puede llegar a reemplazar un 75% de la
iluminación eléctrica durante el día, en concreto
en las horas en las que hay más luz solar esto es
durante el lapso de seis horas, 3 horas después del
medio día y 3 horas antes del medio día, y así
reducir el pico de electricidad en estas horas.
VI. REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
Espejos para iluminar el interior de edificios o el interior de tu casa
[en línea]. <http://sharpiton.blogspot.com/2009/12/espejos-parailuminar-el-interior-de.html> [Consulta: 27 mayo 2010].
Lorne Whitehead, Allen Upward, Peter Friedel, Michele Mossman;
Department of Physics and Astronomy, University of British
Columbia, Vancouver, Canada; Donald Yen and Dan Sundvick;
School of Construction and the Environment, British Columbia
Institute of Technology, Burnaby, Canada. DEMONSTRATING A
COST-EFFECTIVE APPROACH TO CORE DAYLIGHTING.
[en
línea].
<http://www.physics.ubc.ca/ssp/solar-canopyilluminationsystem/publications/Canadian%20Solar%20Buildings%20Confere
nce%20paper%20Aug%202008.pdf> [Consulta: 15 junio 2010].
Polarizado
como
protección
térmica,
[en
línea].
<http://www.polarizados.cl/instaladores.php> [Consulta: 22 junio
2010].
Ventajas del uso de la luz natural [en línea].
<http://arquitecturaresopal.wordpress.com/2008/07/21/ventajasdel-uso-de-la-luz-natural/> [Consulta: 22 junio 2010].