Taller de Ingeniería Casa Flotante Autosustentable
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Universidad Austral De Chile. Facultad de ingeniería Bachillerato en Cs. De la ingeniería. Informe proyecto. “Casa Autosustentable.” Profesor Pablo Vergara M. Integrantes Andrés Baima Camilo Vargas Esteban Anríquez José Luis Ríos Jin Cornejo Diego Lema Cristóbal Brito Valdivia 06 de Julio de 2012
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Universidad Austral De Chile.
Facultad de ingeniería
Bachillerato en Cs. De la ingeniería.
Informe proyecto.
“Casa Autosustentable.”
Profesor
Pablo Vergara M.
Integrantes
Andrés Baima
Camilo Vargas
Esteban Anríquez
José Luis Ríos
Jin Cornejo
Diego Lema
Cristóbal Brito
Valdivia
06 de Julio de 2012
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INTRODUCCIÓN
Determinantes como un país en vías de desarrollo, necesitan de nuevas
formas estéticas que permitan una convivencia más desahogada, siendo ejemplo
de esto la potencial extensión urbana y la mala distribución de la misma. También
se hace presente el gran crecimiento de industrias salmoneras en el país y lo poco
accesible hacia los lugares donde se encuentran los cultivos, son factores que
demandan nuevas formas de urbanismo, citando el particular caso de estructuras
sobre el agua, ya son iniciativas vigentes como barrios flotantes, casas
particulares sobre el agua y muchas ideas innovadoras que motivan la realización
de un hogar autosustentable sobre el agua.
Casa flotante se instaura como una vivienda que ha sido modificada o
diseñada para ser usado principalmente como hábitat humano.
Las características principales de este diseño en especial se basan en
automatización en base a energías renovables, de manera innovadora y
sustentable.
Para resolver y diseñar una vivienda flotante es necesario mencionar
necesidades, esquema y requisitos, referente a cálculos e ideas para gestar este
proyecto. Además se implementa como un hogar que sea totalmente autónomo,
con respecto a electricidad; a través un sistema autogeneración de corriente
eléctrica, entre otras.
La investigación se realiza por el interés de aplicar cada una de las distintas
áreas de la ingeniería, de forma que esta estructura se desmarque de las
viviendas usualmente ancladas en un punto fijo abastecidas por la energía de la
ciudad. También de esta manera se investigara cada ingeniería para poder
adquirir conocimientos referentes a las especialidades en las que se basa cada
una. Por otra parte la indagación desde la perspectiva académica y las
herramientas que entregan las entidades educativas y docentes, nos ayudan a
una idealización más clara del proyecto.
En el ámbito profesional, social, el interés atiende a enfocarse en las
normativas de la ingeniería para que cumpla especificaciones claves que se
demanden y se satisfaga la necesidad humana en beneficio a la comodidad de
esta misma y el entorno.
En la investigación del campo, se presentan obstáculos, los cuales llevarán
a resolver una problemática. Debido a la urbanización masiva que sigue en
crecimiento, los excesos nos llevan a idealizar nuevas formas de vivienda y
urbanismo que cumplan con la necesidad construir hogares en función de
energías limpias y autosustentables.
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OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Construir el proyecto con materiales ligeros pero de alta resistencia, con tal
de aprovechar y distribuir óptimamente la energía que requiera la casa.
Un proyecto ecológico y económico.
Crear una “casa inteligente” para simplificar las tareas de la casa y
colaborar al ahorro de energía, pensando también en gente con
discapacidad para ayudar en sus labores cotidianas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar una investigación sobre la generación de energía por métodos
limpios y renovables que sea fáciles de implementar en una vivienda,
aprovechando los recursos disponibles para sustentar las necesidades
energéticas de un hogar.
Utilizar materiales reciclados o reciclables con el fin de evitar la
contaminación a corto y largo plazo y a la vez abaratar los costos.
Establecer un sistema de flotabilidad simple y eficiente.
Implementar paredes aislantes con el fin de mejorar el ahorro energético
térmico y resistente al paso del tiempo.
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ESTADO DEL ARTE
Para la generación de energía se utilizan los rayos del Sol y el hidrógeno
que se encuentra en el agua, geotermia que trata de generar energía a través de
la tierra, esta tecnologías fueron utilizadas y puestas en prácticas en la Casa
Oikos, que estuvieron desarrolladas por el CSIC (Consejo Superior de
Investigaciones Científicas). Esto demuestra que es factible que la vivienda puede
ser autónoma, pueda generar agua caliente y la electricidad.
La regulación de temperatura se hace a través de las paredes de la casa
por donde pasa el aire y así pueda climatizar la vivienda. Estas paredes constan
de cuatro pieles alternadas entre porosas y densas donde el aire transita y regula
la temperatura.
De esta manera el aire varía su calor por la temperatura que se ha
generado dentro de la casa, el calor renovación de este mismo y/o producido por
placas solares térmicas. Tecnología utilizada y comprobada en Casa Oikos.
Este sistema de control, hace que la casa pueda tener una temperatura
promedio o regulando a la que uno estime conveniente, utilizado también para la
calefacción, la refrigeración y también así con la temperatura del agua. Mencionar
también que este control fue probado por Casa Oikos.
La domótica tiene como característica principal poder utilizar funciones de la
casa a través de un software y que este también pueda ser controlado a distancia,
dando así mas confort, seguridad, comunicación y sobre todo ahorro de energía
utilizando energía renovable. Donde es muy utilizada la Domótica es en España
donde se destaca la empresa CEDOM.
Estudiante colombiano de EAFIT llamados Andrés Walker Uribe y Sergio
Andrés Molina, hablan sobre una plataforma que es la unión de cuatro de
canastas cuadradas de tres metros de lado cada una y construidas
separadamente usando cerchas de acero galvanizado y paredes de malla
plástica. En el interior de cada uno de los cuatro "cestos" encierran 1.600 botellas
de Pet (algún tipo de gaseosa) de 2,5 litros.
Por lo tanto se puede concluir que en nuestro proyecto una idea así, va
acorde totalmente a nuestros objetivos que es en la parte ecológica y que ayude
también al planeta reciclando a través de las botellas o utilizando tecnologías que
no requieran de un constante mantenimiento.
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Las posibles soluciones fueron buscadas producto de la necesidad de
buscar varias opciones versátiles, ósea que no tengan un uso específico para
cubrir más necesidades y elegir las que mejor se adapten al proyecto. Estas
opciones son las siguientes:
Casco de barco: consiste básicamente en construir nuestra casa sobre el
casco de un barco el cual le da la flotabilidad a nuestra casa de manera segura y
además cumple con solucionar el problema de oleaje que se pueda producir en
ríos o lagos.
Troncos: consiste en darle flotabilidad a la casa mediante troncos de
madera, inmunizados e impermeabilizados con brea lo cual impide la saturación
de fibras al contacto permanente con el agua y organizados de forma especial
para favorecer la flotabilidad y seguridad de la obra.
Plataforma flotante: consiste en que la casa este apoyada sobre una gran
plataforma hueca construida de hormigón y poliestireno la cual tiene 2 mástiles
amarrados que se encuentran en la parte delantera y trasera de la casa que
permite que la estructura mantenga su posición y estabilidad.
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Tubos de acero: consiste en que la casa esta apoyada sobre 3 niveles
cuyas plantas son totalmente libres y consisten en 6 tubos de acero
interconectados con un diámetro de 10 metros y 10 mm de espesor el cual cumple
la función de flotabilidad de la casa.
Por otra parte, los materiales para la estructura interior y exterior de la casa
cumplen con distintas características o enfoques para los cuales podrían usarse:
Construcción en aluminio
Material que tiene como característica ser ligero, fuerte y bastante fácil de
reparar. Además en el aspecto de la corrosión es excelente y tiene una extendida
longevidad y requiere poco mantenimiento.
Construcción en fibra de vidrio
Material ligero y fuerte, la fibra de vidrio como el aluminio tiene la similitud que
es muy fácil de mantener, lo que se necesita es una cera de limpieza y
compuestos de capa de gel para así dar brillo al material.
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Construcción en acero
Un material muy fuerte, difícil de dañar y facilidades para mantener. Además
como punto a favor la construcción en acero es mucho más barata.
Construcción en madera
Material en el cual se utiliza poca maquinaria para trabajar con la madera y no
es caro por lo demás.
Sin embargo, es necesario tomar en cuenta la temperatura interna respecto a
los diversos cambios climáticos. Esta tarea la cumple el funcionamiento de los
aislantes para mantener la casa a una temperatura constante y de los cuales
tenemos los siguientes:
Aislamiento con guata
Fibras de lana que atrapan el aire, lo cual hace que la temperatura sea moderada.
Aislamiento soplado
Piezas de aislamiento que se esparcen en las cavidades de las paredes o en
los pequeños espacios donde entra aire.
Aislamiento con espuma
Se lleva por tuberías y mangueras dentro del área de aislamiento.
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Techo verde
Tecnología usada en los techos para mejorar el hábitat o ahorrar consumo de
energía, puesto que a pesar del frio o calor, y a diferencia de otros materiales,
mantiene la temperatura interna de la casa a 20°C aproximadamente.
Aislantes naturales
Lana mineral (es sintética); Warmcel (es a base de fibras, lo cual sustituye a la
fibra de vidrio); Thermafleece (lana de oveja); Eco-lana (botellas de plásticos);
Fibra de lino (planta de cultivo); Virutas de madera (restos de madera); Corcho
(planchas de corcho).
Ahora bien, tomando en cuenta la generación de la electricidad, de la mano del
ahorro energético y bajo impacto ambiental, tenemos las siguientes opciones:
Generador solar híbrido (Duke)
Sistema híbrido capaz de aprovechar la luz solar tanto para
generar electricidad como para producir hidrógeno. Durante el día la vivienda
utiliza la energía eléctrica producida por los paneles solares, y cuando llega la
noche, un sistema generador utiliza el hidrógeno producido como combustible
para que todos los aparatos sigan funcionando sin problemas.
Generación de energía a base de hidrógeno
Puede generar electricidad combinando hidrógeno y oxígeno
electroquímicamente sin ninguna combustión. Estas celdas no se agotan como lo
haría una batería, ni precisan recarga, ya que producirán energía en forma de
electricidad y calor en tanto se les provea de combustible.
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Un punto importante es el abastecimiento de agua potable, para el cual existen
distintas técnicas de potabilización, tomando en cuenta, tanto aguas dulces como
saladas.
Potabilización de agua lluvia
Utilización del agua lluvia vía canales, para posteriormente ser filtradas y
purificada.
Bomba para potabilizar agua salada o agua dulce
Filtros desalinizadores en cuanto a aguas saladas y sistema de osmosis
inversa en agua dulce el cual pasa por filtros que culminan en su purificación.
La integración de la tecnología en el diseño inteligente de la vivienda se
complementa como punto característico de esta estructura, integrando sistemas
que capaces de automatizar la vivienda, de los cuales se proponen:
Control de Inundación
El control de inundación es un tema no menor, ya que el tema principal de la
casa flotante es que no tenga problemas en cuanto a su funcionamiento principal y
el control de la inundación juega un papel importante en cuanto al buen
funcionamiento. Para controlar este posible problema se abre la oportunidad a
detectores de inundación que controlarán las posibles fugas emitiendo una señal
al centro de control. Esta señal la va a emitir mediante electroválvulas, que estarán
ubicadas en los 4 extremos de la casa.
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Área de Climatización:
Este sistema permitirá tener un control de la temperatura de la casa a gusto, ya
sea en general o una parte especifica de la vivienda. Para ello contamos con el
aire acondicionado y calefacción, las cuales estarán controladas por termostatos,
que estarán repartidas por distintos sectores de la casa.
Iluminación de seguridad:
Consiste en sensores, los cuales al detectar movimiento encenderán las luces
y apagándose en lugares donde no se encuentre nadie. Este sistema es muy
importante, ya que nos permitirá ahorrar energía que se esté ocupando de forma
innecesaria.
Sonidos de seguridad:
A grandes rasgos, esto permitirá tener el control de la activación de altavoces;
si se detecta algún tipo de movimiento, los altavoces se activarán. Este sistema
de seguridad permite hacer suponer que la casa está ocupada.
Control de persianas:
Tendrá como fin dar sombra al interior de la casa o abrirlas en caso de que se
quiera dar iluminación natural, y también serviría para la protección de los cristales
de algún agente externo de la casa. También se podrá programar la bajada o
subida de persianas en diferentes horarios, a fin de dar la impresión de que en la
casa hay presencia de personas.
Control de puertas:
El sistema de apertura y clausura de puertas estará compuesto por un sensor
de luz infrarrojo el que tendrá como fin detectar algún movimiento que al
detectarlo, las puertas se abrirán y en caso de que no detecte movimiento,
permanecerá cerrado. Estos sensores estarán ubicados en la parte superior, en
ambos lados de la puerta.
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En otros aspectos de vivienda básica, el agua es trascendental como forma
de vida y benéfica para la salud si es potable, por lo mismo presentar formas de
tratamientos de agua son fundamentales, para los cuales se presentan diferentes
formas:
Almacenamiento y uso de agua lluvia
Tomando en cuenta los tipos de aguas que se podrán utilizar, desechar y
reciclar, están las aguas de origen pluvial, las cuales se pretenden canalizar hacia
un tanque el cual posee un filtro para potabilizar el agua tomando en cuenta la
cantidad de lluvia anual en la zona, dejando la oportunidad de almacenar el agua
para las temporadas con poca lluvia.
Con respecto a las “aguas grises”, provenientes del lava manos, duchas,
entre otros, se pretende reciclar para disminuir el impacto ambiental respecto al
desecho de aguas contaminantes, a partir de un filtro especial que al llegar a un
tanque definido para este uso, habilitara estas aguas grises, para re-utilizarlas con
distintos fines, tales como el uso del retrete, duchas, lavar ropa, regadío, etc.
(Filtro para aguas grises)
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Para finalizar, con respecto a las “aguas negras” que son principalmente
provenientes del retrete y fregaderos. Se pretende dirigir a un tercer tanque
distinto, el cual por su calidad de agente contaminante, antes de su desecho, al rio
o lago en el cual se situé la casa, pasara por un tratamiento de descontaminación,
para disminuir el impacto ambiental.
Abastecimiento agua potable
Dentro de las competencias de abastecimientos de agua potable, esta
depende mucho del lugar donde se ubicara la casa, con respecto a si será sobre
agua salada o agua dulce.
Con respecto al agua salada, existe un sistema de filtros desalinizadores,
los cuales no requieren de mucho mantenimiento, haciendo que llegue a ser más
rentable que el uso del abastecimiento municipal de agua potable.
La opción con respecto al agua dulce, es un ingenioso sistema de osmosis
inversa, la cual al pasar por filtros con funciones especificas, van purificando
totalmente el agua, para hacerla potable. Este sistema consta de 6 etapas de
purificación.
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Los cambios climáticos están representados en las diferentes estaciones
del año, por tanto la ausencia de calor se hará presente en determinados
momentos. Ahora siendo un método de aislación térmica y naturalmente
ecológico, se definen:
Los techos verdes los cuales pueden ser clasificados en tres
categorías. Los techos intensivos son de más de 20 cm de espesor, requieren
un refuerzo en la estructura, son de tipo parque con fácil, requieren trabajo de
irrigación, abono y otros cuidados. Los techos extensivos, fluctúan entre 2 y 15
cm de espesor, y están diseñados para requerir un mínimo de atención, tal vez
desmalezar una vez al año o una aplicación de abono de acción lenta para
estimular el crecimiento. Se los puede cultivar en una capa muy delgada de suelo;
la mayoría usa una fórmula especial de compost o incluso de “lana de roca”
directamente encima de una membrana impermeable. Se habla a veces también
de un sistema semi-intensivo que tiene un espesor entre los 15 y los 20 cm.
Ventajas y desventajas
Como ventaja encontramos:
o Regulación de la Humedad y Temperatura
o Aislante
o Produce oxígeno
o Limpia el polvo
o Un techo verde funciona como una aspiradora que limpia nuestro
aire.
o Un techo verde produce oxígeno
o Sólo 15 m/2 techo verde genera suficiente oxígeno para 10 personas
Desventajas:
o Más pesado que zinc
o Hay que instalar un Sistema de riego de alto costo
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Los requerimientos de ingeniería por hoy, han buscado eficiencia en
conjunto con los menores gastos posibles, junto con esto la vivienda debe poseer
materiales definidos para la construcción. Por esto quienes cumplen con los
requisitos se encuentra:
El aluminio en conjunto con el acero, seguido por la madera y hormigón, de
manera que el primer material es muy moldeable y facil de trabajar, además
servirá para la estructura de la casa y dar terminaciones limpias al proyecto.
Siguiendo respectivamente, el acero proporciona toques modernos a la casa,
como material firme y el uso para un subterraneo será pertinente, de manera
comparativa a los buques, es tranquilizador saber que el sótano está hecho con un
material que puede abollarse y admitir una deformación en vez de agrietarse o
fracturarse.
La madera inmunizada como base estética y además como base estructural
de la plataforma sobre la que flota. Las maderas duras que son más resistentes a
la pudrición y ataque de insectos son mucho más costosas que las maderas
menos densas que son tratadas con preservantes para prolongar su vida útil.
El pino pátula por sus características de fácil reforestación, rápido crecimiento,
costo más favorable y además por sus propiedades físicas, es la especie más
común usada en este medio para ser tratada con impregnantes (sales de
inmunización) y precisada como madera de larga duración.
Ventajas
o Las sales CCA tipo C son las más ampliamente utilizadas que han
probado ser efectivas y seguras por más de 60 años para madera de
uso interior y exterior y de manera expuesta o enterrada en la tierra o
aun sumergida bajo el agua.
o Al utilizar madera tratada, proveniente de bosques que se están
reforestando, se disminuye la tala de madera de bosques naturales.
o Entre otros aspectos se encuentra costo, maquinabilidad (facilidad
de trabajarse la madera), bajo peso (menores costos de transporte,
facilidad de manipulación).
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Trascendental en aspectos de vivienda básica, se presenta el
abastecimiento energético, el cual contribuye de manera constante para el
funcionamiento autosustentable de la casa y el uso de los artefactos dentro de
esta.
Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte la
energía química de una reacción directamente en energía eléctrica. Por ejemplo,
puede generar electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente
sin ninguna combustión. Estas celdas no se agotan como lo haría una batería, ni
precisan recarga, ya que producirán energía en forma de electricidad y calor en
tanto se les provea de combustible. La manera en que operan es mediante una
celda electroquímica consistente en dos electrodos, un ánodo y un cátodo,
separados por un electrólito. El oxígeno proveniente del aire pasa sobre un
electrodo y el hidrógeno gas pasa sobre el otro.
Cuando el hidrógeno es ionizado en el ánodo se oxida y pierde un electrón;
al ocurrir esto, el hidrógeno oxidado (ahora en forma de protón) y el electrón
toman diferentes caminos migrando hacia el segundo electrodo llamado cátodo. El
hidrógeno lo hará a través del electrólito mientras que el electrón lo hace a través
de un material conductor externo (carga). Al final de su camino ambos se vuelven
a reunir en el cátodo donde ocurre la reacción de reducción o ganancia de
electrones del oxígeno gas para formar agua junto con el hidrógeno oxidado. Así,
este proceso produce agua 100% pura, corriente eléctrica y calor útil, por ejemplo,
energía térmica
16
A diferencia de las máquinas de combustión cuya eficiencia está regida por
el ciclo de Carnot y limitada por la temperatura, la eficiencia teórica de las celdas
de combustible está dada por las leyes de Faraday, que relacionan directamente
la corriente producida en una reacción electroquímica con la cantidad de material
reactivo, es decir, con la cantidad de combustible. La mayor ventaja de las celdas
de combustible descansa realmente en el hecho de que no están limitadas por la
temperatura, lo cual les otorga el gran beneficio de alcanzar altas eficiencias. Así,
en teoría, cada molécula de hidrógeno gas producirá dos electrones libres y junto
con un átomo de oxígeno reducido se generará una molécula de agua. Tal
reacción electroquímica es exotérmica, por lo que además el calor desprendido
puede ser utilizado y así aumentar la eficiencia de las celdas de combustible.
Estas características de lograr alta eficiencia durante la generación de electricidad
y la ventaja de presentar cero emisiones contaminantes cuando el combustible es
hidrógeno hacen de las celdas de combustible los mejores candidatos para la
generación de energía eléctrica.
De forma paralela se describen sistemas de energía capaces de sustentar
la tecnología utilizada en la vivienda, de manera que la funcionalidad sea estable y
provea los beneficios definidos para los habitantes.
Generador de gas hidrógeno
Generador de gas hidrógeno, convierte el agua destilada des-ionizada en el
gas de hidrógeno utilizando el electrolito de polímero sólido (SPE), la más
avanzada tecnología para la producción de hidrógeno en el mundo. La generación
de gas hidrógeno genera hidrógeno puro directamente con la separación
electrolítica de agua pura (agua des-ionizada) por una célula de la SPE. No hay
necesidad de una solución alcalina de usar. Puede ser utilizado como reemplazo
de contenedores de hidrógeno en muchos lugares y es seguro, confiable, práctico,
fácil de manejar y transportar. Generación de gas de hidrógeno consta de (SPE)
celda electroquímica, tanque de agua, separador de hidrógeno / agua, cartucho
desecante, el sensor, la pantalla digital, el control de la placa de circuito, el
principal y los dispositivos suplementarios de corriente constante y válvula de
seguridad. La celda (SPE) electroquímica utiliza una membrana perfluorada como
electrolito. Sólo el agua pura es electrolizada para generar hidrógeno. Cuando el
interruptor de alimentación está encendido, el hidrógeno y el oxígeno se generan
en el cátodo de la célula y el ánodo, respectivamente. El hidrógeno fluye hacia el
separador de hidrógeno / agua en la que se separan el hidrógeno y agua. El
oxígeno es ventilado a la atmósfera. El hidrógeno fluye hacia el cartucho
desecante que asegura que el hidrógeno es puro y seco y, a continuación se
suministra desde la salida.
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La presión y el flujo del hidrógeno se regulan automáticamente por un
circuito de control y son de salida constante y pantalla digital. Una alarma puede
sonar automáticamente en caso de exceso de presión y cualquier problema que
ocurre en el sistema. El generador está funcionando siempre con seguridad
Especificaciones generador de gas hidrógeno:
Pila de combustible PEM con unidad de control para el gas de
hidrógeno (5000W / 5kW)
Tipo de célula de
combustible PEM
Número de células 120 Potencia nominal 5000W Potencia máxima 5000W
Rendimiento 36V @ 70ª Voltaje DC 13V
Válvula de purga de voltaje 12V Soplador de tensión 12V
Reactivos hidrógeno y el aire De temperatura externo 10 a 30 ° C Temperatura máxima de
pila 65 ° C
Composición 99,99% de materia seca
H2 H2 presión 5.8-7.2 PSI
Caudal máximo de salida 64 l / min Humidificación auto-humidificado
De refrigeración de aire (ventilador
integrado) Peso con los fans 11000 gramos
Peso con caja 15000 gramos Dimensiones con
ventiladores de 270mm x 120mm x
470mm Dimensiones con caja 270mm x 120mm x
570mm Tiempo de arranque Inmediata
La eficiencia de la pila 45% @ 72V Semi-celda de combustible integrada 5kW Incluye:
Conexiones / tubo
La electrónica integrada
Pantalla LCD integrada
La presión de salida 0-0.4MPa / 58psi (ajustable)
Pureza > El 99,99%
Voltaje
Dual de alimentación de CA 220v 50-60Hz / DC 32-36V 25A
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Proceso tecnológico compresor de hidrogeno
Especificaciones de compresores de hidrógeno:
Desplazamiento: 0.3NM3/hr
Presión de
entrada: presión normal
Presión de descarga:
20MPa (200 bar)
Potencia del motor:
3kW
Tensión: 380V
RPM: 400 r / min
HP: 4,02
Tamaño del archivo:
1300x640x1200mm (LxWxH) mm
Peso: 450kg
No. Artículo No.
Artículo
1 El agua del motor 8 Válvula de seguridad
2 Tanque de Agua 9 Regulador de presión
3 La válvula de drenaje 10 Regulador de flujo
4 Hidrógeno / separador de agua
11 Presión de la pantalla
5 Cartucho desecante que 12 La válvula solenoide
6 Cartucho desecante II 13 La combinación de la célula electroquímica
7 Cartucho desecante III 14 Poder
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Almacenamiento del hidrogeno
Los recipientes de almacenamiento de hidrógeno utilizan tecnología patentada
hidruro de metal para almacenar de forma segura de hidrógeno en una forma
compacta a una presión baja. El polvo de aleación de metal contenido en el
recipiente está formulado para absorber y liberar hidrógeno similar a una esponja
que absorbe agua. Frascos están diseñados para funcionar a temperaturas
ambiente sin necesidad de calor añadido y puede almacenar varias veces más
hidrógeno que el tamaño similar cilindros de alta presión de hidrógeno
comprimidos, con capacidad de 250 psi.
225 litros:
Diámetro: 2,5 pulgadas. Longitud: 10.4in. Peso: 4,8 libras.
Capacidad Nominal: 225 std. litros
Velocidad de descarga nominal: 300 W
Estándar de montaje: Mujer 1/8 NPT interfaz de Opcional
acoplamientos rápidos disponibles
EE.UU. $ 695
900 litros:
Diámetro: 3,5 pulgadas. Longitud: 15.1in. Peso: 14 libras.
Nominal Capacidad: 762 litros (68 gramos)
Velocidad de descarga nominal: 600W
Estándar de montaje: Mujer 1/8 NPT interfaz de Opcional
acoplamientos rápidos disponibles
995 dólares EE.UU.
Conexión:
Staubli de conexión rápida tapón de apareamiento y la toma
nominal de 1000psi. Recomendado para su uso con el
75L, 225L, 900L y Envases de hidrógeno sólidos del Estado.
109 dólares EE.UU.
20
Existen diferentes sistemas de aprovechamiento de aguas que son
compatibles para la vivienda, por un lado se puede conciliar con el uso de
hidrógeno, para ello se tiene:
Destilador de agua y des-ionizador 10 litros por hora Las características de las funciones des-ionizador compacto sirve para purificar
directamente agua del grifo en agua ultra pura con una conductividad tan alta
como 18,2 MΩ cm y es aplicable a la conversión del agua en hidrógeno del gas
para el consumo de agua pesada.
Características del sistema des-ionizador:
Sistema de Indicadores de alimentación
RO Button Botón ARRIBA
Visualización de la conductividad en línea Indicador de depósito lleno
Ultravioleta Slacking Button Indicador de la bomba de Trabajo
Indicador ultravioleta Slacking Indicador UP
Sistema de Indicadores de lavado
Visualización de la conductividad en línea
Indicador RO
10 'la calidad del agua pre-procesador
Cubo de 10 litros de agua a presión pura
Especificaciones e índices técnicos, destilador de agua:
Fuente de alimentación AC220V/50Hz
Volumen de agua Fabricado 10L / H
La conductividad de salida
RO 2 ~ 10μs/cm
UP conductividad de salida > 10MΩ.CM
TOC <50ppb
Pirógenos No filtra
Granulado (> 0.2μm) <1/ml
Dimensión principal (mm) 450 × 350 × 350
El agua la dimensión de la
cuchara (mm) Φ 280 × 380
Peso 35kg
Poder 50w
Fuente de entrada de agua El contenido total de sólidos solubles TDS <200ppm, la presión del agua> 1kg/cm 2
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Los métodos más convencionales, indican que se pueden concebir el
reciclaje de aguas grises y aguas residuales. Para su utilización, se crean dos
circuitos hidráulicos separados: a través de uno de ellos circula únicamente el
agua potable para grifos y duchas, mientras que el otro contiene el agua obtenida
a través de uno o más de estos procedimientos. El agua así tratada es destinada a
usos en los que no es imprescindible el uso de agua potable, tales como lavadora,
inodoro, riego de jardines, etc. El ahorro puede alcanzar el 80% del total a lo largo
del año y un ahorro diario de hasta un 35% de agua potable.
El sistema Soliclima se trata de un dispositivo de tecnología alemana del
tamaño aproximado de un armario, que puede instalarse rápidamente en
cualquier sótano o bodega, y que basa su funcionamiento en un filtrado
biomecánico libre de elementos químicos, mediante esterilización a través de una
lámpara de rayos ultravioleta. (figura 1)
Funcionamiento del sistema de reciclado
1. El filtrado se realiza en dos fases, correspondientes a dos cámaras
diferentes: las que aparecen a la izquierda en el diagrama. Las partículas
de mayor tamaño son recogidas mecánicamente y expulsadas a las aguas
residuales. Posteriormente se realiza un tratamiento con bio-agentes.
2. La esterilización se produce en la cámara derecha, mediante una lámpara
ultravioleta que la desinfecta, cumpliéndose la Directiva Europea 76/160
EWG de agua para uso doméstico.
3. Si la cantidad de agua necesaria es más elevada que la
almacenada, incorporación de agua de la red potable para garantizar el
suministro.
Figura 1
22
Para su uso es solamente necesario disponer de un sistema de tuberías que
separe por un lado el agua potable y por otro el agua reciclada.
Con respecto a las Aguas pluviales Se pretende utilizar un sistema de
drenaje sifónico, el cual es un proceso muy simple. A diferencia del drenaje de
cubiertas tradicional, diseñado para circular cuando no está completamente lleno,
un sistema sifónico funciona a plena capacidad, y es entonces cuando el agua es
absorbida a gran velocidad desde la cubierta hacia abajo, hacia las tuberías de
drenaje. Este sistema permite especificar un menor número de tuberías de drenaje
con sumideros y dirigir su caudal hacia una sola bajante. Mientras que un
sumidero convencional consiste simplemente en un hueco situado en el punto más
bajo de la cubierta, por el que vierte el agua, el sifónico incorpora una placa anti-
vórtice que actúa como deflector y permite que toda el agua sea absorbida de la
cubierta. Durante las tormentas fuertes, el sumidero se llena hasta niveles por
encima de dicha placa, lo cual impide la entrada de aire en la tubería. Esta
ausencia de aire, unida a la fuerza descendente del agua, crea un vacío. El agua
circula por las tuberías de drenaje, llenas al 100% de su capacidad, a lo largo de
todo el sistema.
El cebado, este si se sistema se produce en cuatro etapas típicas:
Circulación por gravedad:
El régimen de flujos dentro de un sistema sifónico se desarrolla a través de
los ciclos según las fases de la tormenta. Al principio de la tormenta, el flujo a
través de un sistema sifónico se comporta como lo hace un sistema de gravedad,
causando el llenado parcial de la tubería.
23
Circulación a tapón:
La sección se va llenando según aumenta la intensidad de la tormenta. Se
excluye el aire del sistema dentro del sumidero por medio de la placa anti-remolino
(elemento clave del sumidero). Se inicia la acción sifónica dentro de la red de
tuberías según va incrementándose la velocidad del caudal, haciendo que el aire
que haya entrado con el agua se convierta en burbujas. Esta mezcla de agua se
purga a continuación a través de la red de tuberías.
De Flujo de burbujas:
Según va progresando el proceso de cebado hasta la condición de sección
llena, el caudal circulante, y por tanto la cantidad de agua que descarga la cubierta
o canalón, se incrementará. Así, se podría decir que el sistema "se está
acelerando hacia su capacidad de diseño".
Si la intensidad pluviométrica aumenta hasta la intensidad de cálculo del
sistema, se mantendrá la acción sifónica. Cuando empiece a reducirse la
intensidad de la tormenta, no habrá suficiente agua para mantener la acción
sifónica del sistema. Entonces, provocará bajadas en los niveles de agua,
permitiendo la entrada de aire en las tuberías y se romperá la acción sifónica.
Flujo a máximo caudal:
Por tanto, un sistema sifónico fluctúa desde un régimen de gravedad a la
acción sifónica durante una tormenta. El sistema se adapta sin tener ninguna
pieza mecánica. El sistema sifónico funciona a baja capacidad en las fases
iniciales de la tormenta; aunque puede incrementar automáticamente su
capacidad hasta su caudal extremo (si es necesario) cuando se incrementa la
intensidad pluviométrica.
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Así, la acción de cebado es un factor que contribuye al rendimiento de un
sistema sifónico. La velocidad de eliminación de aire de la tubería se incrementa
en proporción a la velocidad y turbulencia del agua. El diseño del sumidero evita
que el aire entre en la tubería e incrementa la velocidad del agua según fluya
dentro del sistema.
Se pueden conectar varios drenajes de sumideros a un solo colector (como
se puede apreciar en el siguiente diagrama) .Esto quiere decir que la tubería
puede colocarse sin inclinación directamente bajo la cubierta del y recibir el caudal
de varios sumideros. El colector se dirige a una sola bajante. Cuando las tuberías
se llenan, el agua de la bajante tiende a descender. Esta acción produce que el
agua del colector horizontal sea absorbida hacia la bajante para reemplazar al
agua que sale de ella. La presión del agua dentro del sistema disminuye hasta
niveles subatmosféricos y el agua de la cubierta es succionada hacia los tubos de
aspiración. Al llegar al suelo, el agua se dirige al pozo de registro ventilado, desde
donde se descarga a presión atmosférica en la red general.
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El agua captada por el sistema anterior junto con este sistema de
purificación de agua dulce permitirá el abastecimiento de agua a través de un
tratamiento que consta de 6 etapas:
Etapa 1: el agua proveniente del tanque que recibe las aguas lluvias o la
proveniente del lugar sobre el cual flota la casa, va directamente al equipo por un
pre-filtro de sedimentos que elimina sólidos en suspensión como tierra, barro,
arena, óxidos, y otros contaminantes que tienen un tamaño mayor de 5 micras.
Etapa 2: Al salir de la etapa anterior el agua pasa por un filtro de carbón
activado granular (GAC) que absorbe eliminando el cloro, contaminantes
biológicos como virus y bacterias, además de contaminantes químicos como
plomo, pesticidas y aceites hasta en un 99.9%.
Etapa 3: El agua pasa ahora por un filtro de carbón activado en bloque, que
a diferencia del carbón activado granular es un polvo fino de carbón activado
comprimido y unido por un adhesivo. Los micro-poros formados dentro del bloque
comprimido hacen más eficiente el contacto con los contaminantes. Algunos filtros
de bloque de carbón son comprimidos hasta tal punto que la estructura porosa
obtenida proporciona la capacidad de remover prácticamente todas las bacterias
patógenas.
Etapa 4: Filtración a alta presión por osmosis inversa, se filtra el agua a
través de una membrana semipermeable que está compuesta por una fina película
semi-permeable que prácticamente deja pasar solo agua, pasando de un estado
de alta concentración de sólidos totales disueltos a un estado bajo. La filtración
por osmosis inversa consigue eliminar plomo arsénico, cobre, cromo, y otros
metales pesados hasta un 99%
Etapa 5: Filtrado por carbón activado de cáscara de coco mediante un filtro
en línea que le da al agua un sabor agradable y elimina cualquier contaminante,
impureza, olor, sabor y garantiza la máxima calidad del agua lista para beber.
Etapa 6: Esta es la última etapa del sistema de osmosis inversa y la
lámpara ultravioleta sirve para eliminar bacterias, virus protozoarios, esporas,
algas, parásitos, etc.
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Volviendo a las funcionalidades autónomas de la estructura se requiere saber
cómo funciona un sensor y que funciones ejercerá sobre los distintos diseños
inteligentes de la vivienda:
Este aparato se basará la mayoría de las acciones que se realizará en la casa,
tanto en el interior como en el exterior. El sensor detecta la variación física del
elemento que controla y lo transmite en forma de magnitud eléctrica.
Principalmente el sensor cuenta con un transductor y de un sistema de
amplificador de la señal. La señal que entrega a un sensor debe ser transmitida
por el controlador y si es necesario será amplificada y acondicionada para su
posterior uso.
El control de inundación se basa en la variación de la conductividad de
determinado material cuando este se encuentra seco o cuando está mojado.
Sistema implantado en barcos o yates modernos. Está suministrado por dos pilas
AAA alcalinas, el cual dura aproximadamente 1 año por cada sensor. Cada uno
controla un área de 10 metros. El valor rodea los $7000 cada uno.
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En el área de climatización el aire acondicionado está ubicado en la parte
superior de la pared, mientras que la calefacción en la parte inferior. En esta área
se requerirá de sensores de temperatura. En este caso se establece el tipo termo
resistente, los que están construidos a partir de metales conductores. Su
funcionamiento está determinado por la variación de resistencia que sufre un
conductor cuando se somete a diferentes temperaturas.
En cuanto a control de Iluminación, este tipo de sensor se utiliza luz
infrarroja, mediante un diodo detector procedente de un emisor cercano, el cual se
conforma la barrera de detección de movimiento. Consume un máximo de 300W y
un mínimo de 8W. Abarca un radio de 5 metros. Dependiendo del watts, los
valores oscilan entre los $1500 y $10000
Los sensores de humo se adhieren al lugar que uno desee, este sensor
funciona a base de dos pilas AAA alcalinas. Se activa cuando dentro de su campo
se produce cierta cantidad de humo, sin importar la naturaleza de ésta, solo la
presencia de humo en el campo de acción, ya que depende de la opacidad del
aire, actuando siempre que se rebase el límite máximo que se considere como
superior a lo normal. Cuando sienta presencia de humo, dará oportuno aviso de
alarma. Se tiene la opción de ajustar el nivel del humo. Consumen 9V.
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La composición final del proyecto fue pensado respecto a las necesidades
reales de los habitantes y problemas contextualizados con el entorno, por lo que
con respecto al diseño de la casa, en forma tridimensional y el plano general de la
casa es el siguiente:
(Plano primer piso)
(Reverso primer piso)
(Lateral primer piso)
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(Frontis primer piso)
(Lateral primer piso)
(Interiores primer piso)
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Para la construcción de una vivienda se necesitan medidas, pesos y en este caso
densidades para que la estructura flote, a continuación se verifican los datos:
Pino americano Oregón:
Peso 800 kg/M3
Densidad 530 kg/m3
Pilares Frontis y Laterales
19 Pilares pequeños 0,05*0,05 mts * 0,5mts alto= 0,02375 M3
26 Pilares grandes 0,05 mts * 0,05 mts * 2,5 mts alto = 0,1625 M3
(Interiores sótano)
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Vigas Techo
9 vigas grandes 0,13 mts * 0,05mts*13 mts alto = 0,7605 M3
2 vigas medias 0,13mts * 0,05 mts * 5,4 mtsalto 0,702 M3
2 vigas medias menor 0,13mts * 0,05 mts * 3,51 alto = 0,04563 M3.
Vigas Lateral
6 vigas grandes 0,05 *0,05 mts * 6,5 mts alto =0.097 M3
3 vigas medas 0,05 *0,05 mts * 3,5 mts alto = 0,026 M3
1 viga media 0,05 *0,05 mts * 4,27mts alto = 0,0106 M3
1 viga pequeña 0,05*0,05 *0,74 mts alto = 0,00185 M3
Vigas Frontis
4 vigas grandes 0,05 mts*0,05 mts*13 mts alto = 0,13 M3
1 viga mediana 0,05 mts*0,05 mts*4,20 mts alto =0,105 M3
1 viga mediana 0,05 mts*0,05 mts*2,10mts alto = 0,00525 M3
2 vigas medianas 0,05 mts*0,05 mts*2,29mts alto = 0,0114 M3
2 vigas mediana 0,05 mts*0,05 mts*6,9mts alto = 0,034 M3
3 vigaspequeñas 0,05 mts*0,05 mts*0,09 mts alto = 0,00675 M3
2 vigaspequeñas 0,05 mts*0,05 mts*1,24 mts alto = 0,0062 M3
1 viga pequeña 0,05 mts*0,05 mts*1,43mts alto = 0,00357 M3
Interior casa primer piso:
33 Pilares (divisiones casa) 0,05 mts * 0,05 mts * 4 mts largo = 0,33 M3
total
4 pilares grandes para afirmar techo 0,10 *0,10 * 4 mts largo = 0,16 M3
Medida total vigas y pilares: 2,68245 M3
Peso total pilares y vigas: 2145,98 Kilogramos.
Medida Total Hormigón armado en Subterráneo: 0,308 M3
Peso Total Hormigón armado en Subterráneo: 739,2 Kilogramos
Hormigón Armado ( con acero ):Densidad 240 kg/m3
Peso 2400 k/m3
(Uso en el subterráneo de 0,10 m3 de hormigón)
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Primer piso
Largo: 13 metros.
Ancho: 6,5 metros.
Alto: 2,5mts + 1,5 mts extremo techo
Subterráneo
Largo: 13 metros.
Ancho: 6,5 metros.
Alto: 2,4 metros.
Hormigón armado: 0,10 M3 de este material en el suelo, en el cielo
(también servirá de base para la casa) y laterales de esta.
Medidas de planchas para exterior:
Frontis: Área total Frontis – área de ventana= 13,18 m2.
Cocina: Área total cocina – áreas de ventana y puerta = 22,955 m2.
Lateral 1: Área total lateral 1 – área ventana = 14 m2.
Lateral 2: Área total 2 – área ventana = 6,25 m2.
Área total planchas para la casa = 56,385 m2
Sabiendo que La plancha gruesa, por cada metro cuadrado pesa 5,80 kilogramos
y tiene un espesor de 10mm. Entonces sabiendo esta relación 56,385 m2,
pesarían 327,073 Kilogramos
Medidas Planchas interiores: Área total interior = 268,4 m2
Sabiendo que la plancha tipo “620”, por cada metro cuadrado pesa 3,72
Kilogramos, y tiene un espesor de 6 mm. Entonces sabiendo esta relación los
268,4 m2, pesarían 998,448 kilogramos.
PESO TOTAL PLANCHAS EXTERIOR E INTERIOR
998,448 Kilogramos + 327,073 Kilogramos = 1325,521 Kilogramos
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Medidas y materiales para el tejado:
Área paleta con ventana = 41,85 m2 con un peso de 7,53 kilogramos.
Área paleta completa = 61,62 m2 con un peso de 11,091 kilogramos.
Peso total Materiales del techo : 18,621 kilogramos.
Peso total Ventanas y Ventanales:
Ventanal que está en el techo (0,005 m de espesor) = 0,0988M3
Ventanal frontis (0,005 m de espesor) = 0,075 M3
Ventanal cocina (0,005 m de espesor) = 0,0625 M3
Ventana cocina (0,002 m de espesor)= 0,014 M3
Ventana lateral 1(0,002 m de espesor) = 0,0045 M3
Ventana lateral 2 (0,002 m de espesor) = 0,021 M3
Medidas Total ventanas y ventanales: 0,2758 M3
Sabiendo que el vidrio tiene como peso 2600 Kilogramos por metro cubico,
el peso total de todos los vidrios es 717,8 kilogramos
PESO TOTAL DE LA CASA
= 2145,98 + 739,2 + 327,073 + 998,448 +7,53 + 11,091 + 717,8
= 4947,162 Kilogramos.
Obtenidos estos datos, es posible calcular de qué manera se ejercerá el peso, en
cuanto a flotabilidad, por consiguiente:
El sistema de flotabilidad de la vivienda es mediante tubos de PVC de 2
metros de largo y 50 cm de diámetro, los cuales están sellados en sus extremos.
Este sistema cumple con los requisitos de estabilidad y flotabilidad de manera
segura a la vivienda en la cual se requirieron de ciertos datos y cálculos
demostrados en este informe.
El PVC como material es producido en un 46% de petróleo y el 57% de sal,
por lo cual es el plástico con menor dependencia de petróleo, es un material ligero
pero a la vez muy resistente cuando se trata de sostener material pesado, es
resistente al fuego, cumple la función de ser aislante e impermeable.
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Para calcular la flotabilidad del sistema lo primero es calcular el volumen
Volumen de tubo de PVC:
Pi x Altura x diámetro = 0.3926 m3
Tras obtener el volumen del tubo de PVC se calcula el peso que puede
soportar dentro de su flotabilidad, por lo cual se requiere aplicar el principio de
Arquímedes:
Fuerza de empuje: todo cuerpo sumergido en un liquido, en este caso en
agua, recibe una fuerza de empuje de abajo hacia arriba igual al peso del liquido
desplazado por el cuerpo sumergido.
Densidad (agua) x Volumen (PVC) x Gravedad (9.8)
Densidad de Agua: 1000Kg/m3
Volumen tubo de PVC: m3 = 392699.081 cm3
Gravedad: 9.8 m/s2
Fuerza de empuje: 3847.48N
Kg Fuerza: 392.6
1 cm3 de agua pesa aproximadamente 1 gr, por lo cual dado el resultado
del cálculo anterior de la fuerza de empuje del tubo de PVC, se puede concluir que
el tubo de PVC de 2 metros de largo y 50 cm de ancho desplazara 392.6 kg de
agua, resultado el cual es el peso máximo que podrá soportar a flote.
Para darle flotabilidad y estabilidad a la vivienda se necesitan 12.6 tubos de PVC
que cumplen la función de soportar el peso total de la vivienda que es de
4947.162 kg.
En este sistema para darle una estabilidad y flotabilidad más que segura a la
vivienda, el sistema se basa en establecer 20 tubos de PVC los cuales en su
debida distribución son capases de soportar 7852 kg de peso, 2904.838 kg por
encima del peso final de la vivienda.
Esto culmina en la distribución de los tubos de PVC corresponde a los lados
de la base de la vivienda, la cual se extiende en 17.5 metros de largo y 12.5
metros de ancho al plano inicial de la vivienda que tiene 13.5 metros de largo y 6.5
metros de ancho.
Gracias a esta extensión de la base de la vivienda se puede obtener 4
metros de largo para distribuir dos niveles de 4 tubos por cada nivel y a lo ancho
se obtienen 6 metros en los cuales se distribuyen en 6 tubos por cada 3 metros
que sobran a lo ancho de la vivienda, distribuido en pares extendiéndose en 6
pares de tubos por cada lado a lo largo de la vivienda.
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F.O.D.A
Fortalezas
Se hace presente la eminente ecología de la casa en conjunto con la
automatización, el cual se desarrollan en vínculo para mantener un acogedor
hábitat.
Al utilizar madera tratada, proveniente de bosques que se están reforestando,
se disminuye la tala de madera de bosques naturales.
La prevención contra riesgos accidentales, está cubierta por la sistematización
de sensores de diferentes aplicaciones, como inundaciones, incendios.
El agua lluvia y la presencia solar, son importantes factores de
aprovechamiento energético, ya que los sistemas instalados, como la captación de
agua y paneles solares, aportan enormemente al ahorro eléctrico, sin necesidad
de utilizar los motores de hidrógeno.
Un subterráneo evita la reducción de espacio en la planta construida para el
hábitat, esto debido al tamaño de las maquinas. Por lo que se presenta estética y
comodidad en las habitaciones.
Oportunidad
Las fortalezas ecológicas complementan una oportunidad de desarrollo con el
propósito de de optimizar y reducir al mínimo costos que nos permitan habitar en
una estructura sobre el agua.
La instauración de una casa flotante en países con sobrepoblación sustentaría
una producción de esta estructura por comodidad, ahorro económico a largo plazo
y bajo impacto ambiental, abriéndose posibilidades para una demanda mayor.
Debilidades
Dependiendo de cuál sea la ubicación nos exigirá distintas manera de convivencia
al interior del hogar.
El tamaño de los motores productores de energía y los filtros de potabilización
hacen un incomodo espaciado para el subterráneo.
Amenazas
Cambios climáticos provocaría un déficit energético lo cual se debe ingeniar para
no tener problemas eléctricos y térmicos, ya sea la ausencia misma del calor
proveniente del sol o climas extremadamente lluviosos con fuertes vientos.
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La preocupación por los efectos de las acciones motoras de la vivienda no
son grandes contribuyentes al impacto ambiental, pero no está exenta de esto. La
materia que tenga que ver con aguas negras, son potenciales contribuidores de
contaminación al medio en que la estructura se encuentre, sin embargo los filtros
purificadores, pueden transformar esta en aguas grises, por lo que concebir este
ciclo para los desechos reduciría en gran medida la contaminación desbordada en
el agua.
