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ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. ANTECEDENTES 2.1 STONEHENGE 2.2 PIRÁMIDE DE KUKULCAN 3. DEFINICIÓN 4. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA LECTURA DE UNA CARTA SOLAR 4.1 LATITUD 4.2 ALTURA Y AZIMUT 5. LECTURA DE UNA CARTA SOLAR 6. CARTA SOLAR DE FISHER 6.1 ELABORACIÓN DE UNA CARTA SOLAR DE FISHER 7. CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA 7.1 ELABORACION DE CARTA SOLAR DE FISHER – MATTIONI 8. CARTA SOLAR CILÍNDRICA 8.1 ARCO SOLAR 1 8.2 ARCO SOLAR 2 8.3 ARCO SOLAR 3 8.4 ARCO SOLAR 4 9. CARTA SOLARES EN LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA 10. CONCLUSIONES

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1. INTRODUCCIÓN Desde los comienzos de la vida del hombre primitivo, este distinguió los fenómenos causados por los dos principales movimientos de la tierra; el primero, el día y la noche, segundo, los cambios estacionales. Con este incipiente conocimiento de la trayectoria solar el hombre empezó a explicarse, de una u otra forma, el comportamiento del universo. Muy pronto el hombre adquirió conocimientos profundos acerca de la trayectoria solar y con estos aprendió a medir el tiempo. Así pudo distinguir las épocas de siembra y cosecha, aprendió a construir sus viviendas aprovechando eficientemente la energía e incluso aprendió a conocer el movimiento de las estrellas y planetas, logrando predecir con extraordinaria precisión numerosos fenómenos astronómicos. Claros testimonios de este conocimiento los son Stonehenge (1840 A.C.) y la pirámide de Kukulcan (Chichén Itzá 900-1250 D.C.). Posteriormente se desarrollaron cartas solares, de tal forma que para principios del siglo XVII se contaba ya con diagramas solares de alta precisión, sin embargo la aplicación de la geometría solar en el diseño arquitectónico se remonta por lo menos al siglo V A.C. en Grecia y en muchos casos de arquitectura vernácula en todo el mundo. La geometría solar es uno de los elementos más importantes dentro del proceso de diseño arquitectónico ya que a través del conocimiento del comportamiento de la trayectoria de los rayos solares, tanto en su componente térmica como lumínica, lograremos dar la óptima orientación al edificio. Las cartas solares han permitido hasta ahora obtener la posición del sol en el cielo con respecto a una determinada ubicación, considerando una latitud pág. 2

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específica, incluso con la fecha y hora podemos conocer el ángulo de los rayos del sol. El presente informe tiene por objetivo dar a conocer la definición de cartas solares y su principal objetivo al ser elaboradas como también su relación con la arquitectura bioclimática. 2. ANTECEDENTES 2.1.

STONEHENGE

Stonehenge es un monumento megalítico tipo crómlech, de finales del neolítico (siglo XX a. C.), situado

en Inglaterra, a unos quince

kilómetros al norte de Salisbury. Está formado por grandes bloques de rocas metamórficas distribuidos en cuatro circunferencias concéntricas. El exterior, de treinta metros de diámetro, está formado por grandes piedras

rectangulares

de arenisca que,

originalmente,

estaban

coronadas por dinteles, también de piedra, quedando hoy en día solo siete en su mismo sitio. Dentro de esta hilera exterior se encuentra otro círculo de bloques más pequeños de arenisca azulada. Este encierra una estructura con forma de herradura construida con piedras de arenisca del mismo color. En su interior permanece una losa de arenisca micácea conocida como «el Altar». Se utilizaba como templo religioso, monumento funerario u observatorio astronómico

que

servía

para

predecir

las

estaciones.

En

el solsticio de verano, el Sol salía justo atravesando el eje de la construcción, lo que hace suponer que los constructores tenían conocimientos de astronomía. El mismo día, el Sol se ocultaba atravesando el eje del Woodhenge, donde se han encontrado multitud

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de huesos de animales y objetos que evidencian que se celebraban grandes fiestas, probablemente al anochecer 2.2.

PIRÁMIDE DE KUKULCAN

El Templo de Kukulkán o Pirámide de Kukulkán, es conocido también por el nombre «El Castillo», término que utilizaron los españoles en el siglo XVI, buscando alguna similitud arquitectónica conocida en el continente europeo. Su diseño tiene una forma geométrica piramidal, cuenta con nueve niveles o basamentos, cuatro fachadas principales cada una con una escalinata central, y una plataforma superior rematada por un templete. La Pirámide de Kukulcán está construida de tal manera, que el 21 de marzo, al salir el sol, los rayos tocan el extremo de sus cuerpos escalonados, proyectando en la escalinata principal la figura de la serpiente que va descendiendo, hasta conectarse con la cabeza emplumada que está en la parte inferior del edificio. Esto también puede apreciarse durante el Equinoccio de Otoño, el 21 septiembre, o bien un par de días antes o después de cada una de estas fechas. 3. DEFINICION Es una representación gráfica en planta, que nos permite obtener la posición del sol en el cielo con respecto a nuestra ubicación, considerando una latitud especifica. Eligiendo una fecha y hora, podemos obtener el ángulo solar y azimut correspondiente. Existen dos tipos de cartas solares: la más ocupada dada su facilidad es la de Fisher o estereográfica, que basa su proyección del recorrido del sol en una semiesfera. La segunda, es la Carta Solar Cilíndrica, que como su nombre lo indica, basa su proyección en un cilindro, cortado por la mitad. La mitad. La

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ventaja de este último es que representa el horizonte real en torno al observador, lo que permite un estudio de fachadas directamente. Actualmente, en el estudio de análisis de la luz suele usarse software especializado, pero las Caratas Solares nunca dejan de ser una herramienta útil, de conocimiento básico para los profesionales de diseño bioclimático, ya que permiten obtener datos de manera más rápida.

Figura 1: Carta Solar Estereométrica

Figura 2: Carta Solar Cilíndrica

Datos que posee: La carta solar consta de una circunferencia en donde se han marcado los angulos que van de 0° a 360°, con respecto al centro de ella.

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Dentro de ella se encuentran los Eje Horizontal y Vertical, en donde en este último, en la parte inferior se han hecho marcas que representan la altura o ángulo solar. En algunas cartas solares, se dibujan las circunferencias completas con centro en el cruce de ejes.

Las curvas horizontales representan fechas específicas del ano, que se mueven entre el solsticio de verano e invierno, con sus puntos medios, los equinoccios.

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Las curvas verticales, representan las horas del día. En donde se aprecia que durante los equinoccios existen 12 horas de luz solar. Y en los solsticios de invierno y verano, estas horas se extienden o alargan, respectivamente.

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4. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA LECTURA DE UNA CARTA SOLAR 4.1.

Latitud: Para localizar un punto en la tierra se utilizan la

latitud y la longitud (coordenadas geográficas). Ambos conceptos se miden en ángulos con respecto al ecuador o al meridiano cero respectivamente (Ver imágenes abajo). Sin embargo, para las cartas solares, la Longitud no nos sirve para nada ya que debido al movimiento rotatorio de la tierra, con tan solo saber la Latitud del lugar deseado, estaremos en una circunferencia que rodeará la tierra al completo, atravesando diferentes países que compartirán nuestra misma Latitud y por tanto nuestra misma carta solar.

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4.2 Altura y Azimut: Al igual que con la latitud y la longitud, son coordenadas angulares que sirven para localizar un objeto, pero en este caso en el cielo (Coordenadas horizontales). Algunas personas confunden Latitud/Longitud con Altura/Azimut. Con el primero podemos localizarnos en el planeta tierra pero nunca podremos determinar en qué punto se encuentra el sol. Además, la Latitud/Longitud son estáticas en el tiempo mientras que la Altura/Azimut varían según pasan las horas.

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o Azimut: Establece la posición en planta del sol. Se mide con respecto al norte de la posición en la que te encuentres en sentido de las agujas del reloj. (NOTA: En otros documentos quizás veáis el azimut medido con respecto al SUR, como por ejemplo en la normativa del Código Técnico de la Edificación. Es otra forma de medirlo.) o Altura: Es el ángulo con respecto al plano en el que te encuentras hasta donde está el sol. No debemos confundir la altitud de la que aquí hablamos, con la altitud comúnmente conocida (ej: “Estoy en una montaña con 80m de altitud”). Son conceptos totalmente diferentes.

5. LECTURA DE UNA CARTA SOLAR Se debe localizar en el área de la trayectoria del sol, el punto del tiempo del año en el que estamos. Primero entramos por las líneas de las horas hasta que intersecten con las del mes.

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Trazando una línea desde dicho punto de intersección hasta el centro de la carta y continuándolo hasta el círculo exterior, sabremos el ángulo AZIMUT. (Nota: Dependiendo de si el ángulo este medido con respecto al norte o al sur, el valor será diferente). Como si tuviéramos un compás, pinchando en el centro de la carta solar y hasta el mismo punto de intersección del aptdo.3, trazamos un arco hasta el eje vertical de la propia carta, en donde sabremos el ángulo de ALTITUD. Con la altitud y el azimut ya podremos saber la localización del sol en el cielo desde nuestra posición.

6. CARTA SOLAR DE FISHER La carta solar de Fisher es una carta solar que se construye utilizando el Sistema Diédrico y permite conocer la dirección de los rayos solares en un momento concreto a partir del azimut y la altura solar. Se trata de una carta solar de fácil elaboración, comprensión y utilización, representando gráficamente los elementos y conceptos explicados con anterioridad. Como ya se ha dicho, cada carta solar se calcula para una latitud, coordenada geográfica que interviene directamente en el cálculo del soleamiento, mientras que la longitud sólo influiría si fuese preciso relacionar horas solares y oficiales. Una carta solar de Fisher no es más que la representación de la bóveda celeste para una latitud concreta. En una misma carta es posible calcular la dirección de los rayos solares en cualquier momento del año, bien es verdad que en general se representan únicamente aquellos momentos que se están estudiando ya que un exceso de líneas dificultaría la lectura de la carta. Lo más usual es realizar una carta para la latitud y el día del año en que se necesite trabajar y reflejar en la misma el azimut y la altura solar para cada una de las horas enteras. pág. 11

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Cuando la Carta se realiza de forma genérica, para una exposición didáctica, se suelen representar las trayectorias del Sol en los equinoccios y solsticios quedando la representación del azimut y de la altura solar pendiente hasta el momento de su utilización. El punto de partida para su confección es la representación, en sistema diédrico de la parte visible de la bóveda celeste.

Se fija como plano

horizontal de proyección el que coincide con el plano del horizonte en el punto geográfico para el que se construye la carta y como plano vertical de proyección el plano perpendicular al anterior y paralelo a la direcciónN-S del observador. De este modo quedan fijadas las direcciones de los puntos cardinales en planta, resultando la dirección N-S paralela el plano vertical y por tanto la dirección E-O perpendicular al mismo. A continuación se sitúa el ángulo que corresponde a la latitud del punto geográfico, pasando por el centro de la bóveda celeste y con el ángulo correspondiente respecto la dirección del norte o del sur, en función del hemisferio en que se sitúe, para el que se va a construir la carta, y las trayectorias del Sol en cada uno de los días del año se producen en planos perpendiculares a dicha línea de la latitud. La trayectoria circular del Sol en los equinoccios está en un plano que pasa por el centro de la bóveda, ya que la duración del día y la noche es igual, y en planos paralelos al anterior se sitúan las trayectorias para el resto de los días del año. Dichos planos, que contienen el resto de trayectorias, tienen una separación máxima en el momento que corresponde al solsticio, hacia un lado y correspondiendo con día largo y noche corta en el solsticio de verano y hacia el otro lado correspondiendo con día corto y noche larga en el de invierno. Por haber escogido el plano vertical de proyección paralelo a la dirección norte-sur, las trayectorias circulares del Sol están contenidas en planos proyectantes, por lo que cada trayectoria solar se proyectará como una línea recta en proyección vertical y como una elipse en la proyección horizontal. pág. 12

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Cada una de las circunferencias (trayectoria para un día) se divide en 24 partes (24 horas), correspondiendo cada hora/parte a 15˚. Para hacer estas divisiones de 15˚ debemos situar la trayectoria del Sol (circunferencia) paralela al plano de proyección, para lo que es necesario realizar un abatimiento de dicha trayectoria. Se abate la trayectoria del Sol para hacer las 24 divisiones que corresponden a las 24 horas del día y localizar en la trayectoria las distintas posiciones del Sol a las horas enteras (construcción realizada en alzado). Se establece la proyección horizontal de la trayectoria y se utiliza igualmente el abatimiento para la localización de las posiciones del Sol a horas enteras (construcción realizada en planta). Se calculan los ángulos que determinan la posición del Sol en una hora concreta (en el ejemplo a las 9:00 h.). Estos ángulos son el azimut (Az), ángulo horizontal medido desde sur (en planta) y la altura solar, ángulo vertical (h), en alzado. De la misma manera se pueden calcular las alturas solares y los azimut de las horas enteras de cualquier día del año. En este caso, con una declinación de 23,45˚ se localiza la posición del Sol a las 12 en el solsticio de verano. Esta posición del Sol a las 12 sitúa la trayectoria, en un plano paralelo al del solsticio. Una vez conocida la trayectoria en el solsticio de verano se procede igual que en el caso anterior: se abate la trayectoria, se divide en 24 partes y se localizan sobre la trayectoria las horas enteras, así como la hora de salida y de puesta del Sol. La altura solar y el Azimut para cada hora se calculan del mismo modo que en el paso anterior. Análogamente se realiza la construcción para el solsticio de invierno. Como se ha mencionado, la trayectoria central corresponde con los equinoccios y las extremas con una declinación máxima δ= ±23˚27’ (±23.45˚) con los solsticios. Para localizar la trayectoria solar en cualquier otro día del año dividiremos en partes proporcionales el ángulo, sabiendo que dicho ángulo corresponde a 3 meses, es decir ¼ del año. En la carta se reflejan las trayectorias solares para solsticios y equinoccios. En la carta se reflejan las alturas solares y azimut para las horas enteras en el solsticio de invierno. pág. 13

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7. CARTA SOLAR DE FISHER-MATTIONI La carta solar de Fisher-Mattioni es una carta solar que se basa en la anterior. Tiene el inconveniente de que hay que disponer de las coordenadas solares con antelación y a continuación se representan dichas coordenadas en una carta con una única proyección, utilizando conceptos del sistema de planos acotados. Por este motivo resulta necesaria la utilización de las fórmulas oportunas o la confección con anterioridad de otra carta solar, como la de Fisher, que no tiene requerimientos previos. La ventaja de esta carta no es la elaboración de la Carta en sí misma sino el hecho de que una vez confeccionada se maneja una única proyección.

7.1. ELABORACIÓN DE CARTA SOLAR DE FISHER – MATTIONI Para la elaboración de una carta de Fisher-Mattioni hay que partir del dato de las alturas solares y los azimut, para lo que se elaborará previamente una carta solar de Fisher. Una vez conocidos alturas solares y azimut para una latitud y un día concreto del año se procede a su representación en el sistema de planos acotados de forma que en cada hora entera se situará el azimut correspondiente y se abatirá el plano vertical que contiene dicha orientación en planta de forma que en el abatimiento quede representado el ángulo altura solar. Se muestra a continuación una carta solar de Fisher-Mattioni para una latitud de 40˚ N y el solsticio de verano.

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8. CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA Las cartas solares estereográficas destacan, por encima de otros métodos gráficos, por su propiedad de conservar los ángulos. Esto permite dibujar sombras sobre ellas. Para este análisis de emplea la gráfica de la siguiente imagen, una carta estereográfica para una latitud de 40ºN, dado que la zona de estudio, Torrejón de Ardoz, tiene se encuentra a una latitud de 40,45ºN.

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Car t aest er eogr áfic apar a40ºdel at i t udnor t e.Modi fi caci ónsobr ef uent e: Acondi c i onami ent oambi ent alyhabi t abi l i daddeles paci oar qui t ec t óni co,deF.J av i er Nei l a.

En la carta solar aparecen unas curvas que recorren el dibujo de izquierda a derecha y que representan las trayectorias solares según los meses., siendo la curva superior la correspondiente al solsticio de verano, la inferior la del solsticio de invierno y las intermedias las parejas de meses entre esas fechas. Para cada una de esas curvas se indican los tramos horarios, siendo la curva vertical del centro la de las 12:00, hacia la derecha las horas de la mañana y hacia la izquierda las de la tarde.

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Los arcos so...