Edificios inteligentes y Materiales innovadores para un optimo desarrollo del ser humano PDF

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“Año de la universalización de la salud”Universidad Peruana de Ciencias AplicadasEdificios Inteligentes y Materiales InnovadoresCurso: Introducción a la IngenieríaSección: CV1DGrupo: 05Profesor: Quenaya Amasifuen, Edwin OmarAlumnos:1. Becerra Cachay, Jabes Nahum ........... 2. Chambi Velasquez, Jhor...

Description

“Año de la universalización de la salud”

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Edificios Inteligentes y Materiales Innovadores

Curso: Introducción a la Ingeniería

Sección: CV1D

Grupo: 05

Profesor: Quenaya Amasifuen, Edwin Omar

Alumnos: 1. Becerra Cachay, Jabes Nahum …………U202116948 2. Chambi Velasquez, Jhordan

…………U202118529

3. Flores Tello, Diego Alessandro …………U202116949 4. Mamani Escobar, Cesar Julio

…………U202117493

5. Romero Palacios, Mayer Jesús …………U20211b687 6. Tintaya Clemente, Mia Andrea …………U202113005 2021

INDICE

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................3 PROBLEMÁTICA..................................................................................................................................4 MARCO TEÓRICO................................................................................................................................5 HISTORIA DE LOS MATERIALES INNOVADORES:............................................................................5 DEFINICIÓN LOS EDIFICIOS INTELIGENTES....................................................................................6 EDIFICIOS INTELIGENTES Y MATERIALES INNOVADORES....................................................................8 EDIFICIOS INTELIGENTES:..............................................................................................................8 MATERIALES INNOVADORES........................................................................................................11 Conclusiones....................................................................................................................................17 Bibliografía.......................................................................................................................................18

INTRODUCCIÓN

Un edificio inteligente se puede definir como todo aquel edificio que emplee tecnología computacional para automatizar su funcionamiento, de tal manera que mejore el confort del usuario, el consumo de recursos, la seguridad y la eficiencia del trabajo[ CITATION Err06 \l 3082 ]. Al pasar de los años el ser humano ha ido mejorando sus capacidades para inventar nuevos tipos de construcciones que emplean diversos materiales, teniendo en cuenta los aspectos medioambientales y económicos que le rodean, ante esos aspectos el ser humano ha generado un enfoque en la búsqueda de materiales renovables y naturales en la construcción, innovando de lo común, con la finalidad de reducir la problemática de estos[CITATION Yei20 \l 3082 ]. En la actualidad cursamos por diversos problemas ambientales, principalmente en el consumo de recursos naturales y del medio ambiente, esto supone una reducción a los recursos que podrán tener las generaciones futuras una causante de esto sería la construcción con grandes cantidades de materiales que destruyen la naturaleza, ante este caso se comenzó a emplear diferentes tipos de materiales y construcciones que logren minimizar el consumo de materiales.[ CITATION Ala97 \l 3082 ] .Ante esto nos planteamos los siguientes objetivos:  Explicar que es un edificio inteligente y cuáles son sus características  Explicar que es un material innovador y mostrar algunos ejemplos

PROBLEMÁTICA

En la actualidad el ser humano cursa por diversos problemas ambientales, principalmente en el consumo de recursos naturales y del medio ambiente esto supone una reducción a los recursos que podrán tener las generaciones futuras ,perjudicándolas grandemente si no hacemos nada contra esto, una causante de esto sería la construcción con grandes cantidades de materiales que destruyen la naturaleza, ante este caso se comenzó a emplear diferentes tipos de materiales y construcciones que logren minimizar el consumo de materiales, un gran ejemplo de esto serían los edificios inteligentes[ CITATION Ala97 \l 3082 ].Además en los últimos años ha crecido notablemente un interés en el futuro de la humanidad desde el punto de vista medioambiental, ante esto muchas personas buscaron y crearon nuevos materiales principalmente renovables, biodegradables e inofensivos para el medio ambiente [CITATION Góm18 \l 3082 ]. Un problema que acarreamos hace algunas décadas es la cuestión de la crisis energética ya que cada vez que construimos nuevas infraestructuras el consumo de recursos para su funcionamiento aumenta, esto a corto plazo no nos perjudica tanto pero para la generaciones futuras puede marcar un antes y un después, antes esta cuestión, varios arquitectos e ingenieros lograron idear un edificio que logre aprovechar al máximo los recursos necesarios, llegando al caso de lograr ser en un cierto porcentaje autorrenovable esta idea tomo el nombre de “edificio inteligente”[ CITATION Obr18 \l 3082 ], con esto mi objetivo para este trabajo seria explicar que es un edificio inteligente y que es un material renovable.

MARCO TEÓRICO

HISTORIA DE LOS MATERIALES INNOVADORES:

El termino innovar viene etimológicamente del latín innovare, que dice alterar las cosas aumentándole novedades[CITATION Med94 \l 3082 ] aunque existen diversas definiciones de innovar dependiendo del caso que se utiliza[CITATION Gar12 \l 3082 ] La innovación es tan antigua como el mismo hombre, ya que es parte de su naturaleza; gracias al gran desarrollo del cerebro y del raciocinio, el hombre antiguo logro resolver los problemas que afrontaba en su día a día, mediante el uso de la imaginación creativa por medio de la innovación y por consiguiente logrando ser la especie predominante del planeta[ CITATION Jai12 \l 3082 ] Hay que tener una clara idea de lo que es innovar y no confundirla con invento y descubrimiento ya que el invento es algo artificial, algo que no se encuentra en la naturaleza caso contrario del descubrimiento, que es algo que, si se encuentra en la naturaleza, mientras que la innovación es cuando ocurre una nueva forma de hacer algo que reemplaza a las viejas maneras[ CITATION Jai12 \l 3082 ]. En la actualidad las innovaciones de nuevos materiales se hacen mediante simulaciones computarizadas esto se deben a la facilidad de su uso, además que, a partir de ahí, se logra elaborar prototipos simulados que tiene una mayor posibilidad de poseer aquellas propiedades requeridas, esto por consiguiente genera un ahorro monetario y de tiempo[ CITATION Bar90 \l 3082 ].

Este desarrollo constante de nuevas materias va dejando disfuncional las antiguas clasificaciones de los materiales, generando múltiples líneas de investigación prometedoras[CITATION Bar90 \l 3082 ], Según Emilio Castro, Investigador de la universidad de Santiago de Compostela, los nuevos materiales que estamos desarrollando en este siglo y con los que conviviremos en nuestra vida diaria, se desarrollaran a la medida, con la finalidad de obtener un material con unas propiedades adecuadas para una aplicación y serán ”nano” , inteligentes y biomimèticos, así como energéticamente más eficiente , reciclables y menos tóxicos a favor del medio ambiente y de un desarrollo más sostenible[ CITATION Vic10 \l 3082 ].

DEFINICIÓN LOS EDIFICIOS INTELIGENTES

Segùn el Intelligent Building Institute (Institutos de Edificios Inteligentes), Washington, D.C., E.U. Un edificio inteligente es aquel que proporciona un ambiente productivo y eficiente atreves de la optimización de los 4 elementos básicos: estructura, sistema, servicios y administración, con las interrelaciones entre ellos[ CITATION Ant10 \l 3082 ]. Los edificios inteligentes brindan una facilidad a los propietarios, operadores y ocupantes, al realizar sus propósitos en términos de costos, confort, comodidad, seguridad, flexibilidad y comercialización[ CITATION Nin14 \l 3082 ]. Además, existen ciertos grados que se utilizan para poder clasificar eficientemente un edificio inteligente comenzando desde el grado 1 que se

caracteriza por un sistema más sencillo, el grado dos en la cual se desarrolla más un sistema de automatización, pero no tanto el de comunicaciones y el nivel 3 siendo el más avanzado ya que tiene un óptimo desarrollo de automatización, telecomunicación y actividades[ CITATION Ant10 \l 3082 ]. Según la Arquitecta Esperanza Torres Cuadrados existen diferentes finalidades para un edificio inteligente los cuales varían en los siguientes: Arquitectónicos, Tecnológicos, Ambientales y Económicos; siendo uno delos más importantes los ambientales, debido al creciente interés de las personas por buscar soluciones a la actual situación medioambiental y energética.[CITATION Tor00 \l 3082 ]

EDIFICIOS INTELIGENTES Y MATERIALES INNOVADORES

EDIFICIOS INTELIGENTES: Según el Simposio Internacional de Edificios inteligentes realizado en Toronto, Canadá, en 1985 norma que “un Edifico inteligente es aquel que combina las innovaciones, tecnológicas o no, con una administración hábil para maximizar el retorno de inversión para sus propietarios”[ CITATION Ant10 \l 3082 ], es decir que un edificio inteligente es una infraestructura con una amplia tecnología ,que a su vez es un gran ahorro de capital ,sin mencionar que el sistema mismo del edificio debe ayudar al usuario brindándole una mayor satisfacción.

Figura 1 Edificios inteligentes [ CITATION Ges19 \l 3082 ]

Sin embrago existen diferentes grados para clasificar la inteligencia de un edifico, siendo cada una mejor que la anterior[ CITATION Ant10 \l 3082 ]. Grado 1. Inteligencia mínima, Sistema básico de automatización (Nieto, 2010) Grado 2. Inteligencia media, Sistema de automatización del todo integrado, sin embargo, carece de una completa integración de las telecomunicaciones[ CITATION Ant10 \l 3082 ] Grado 3. Inteligencia Máxima, En este grado todos los sistemas de automatización, actividades y telecomunicaciones se encuentran totalmente

integrado[ CITATION Ant10 \l 3082 ], cabe mencionar que según [ CITATION Ant10 \l 3082 ] el sistema de automatización se divide en: 

Sistema básico de control. Este sistema permite supervisar de una manera más eficiente las funciones de las instalaciones eléctricas, hidrosanitarias, elevadores, etc. Esto nos brinda una mayor facilidad al momento de administrar eficientemente un edificio, que a su vez nos genera un ahorro de dinero considerable[ CITATION Ant10 \l 3082 ].



Sistema de Seguridad. El sistema de seguridad como su mismo nombre lo indica se encarga de proteger a las personas, al edificio, a los bienes ya sean materiales o bien informativos[ CITATION Ant10 \l 3082 ]. Como menciono el actual Rector de la universidad de Zaragoza, José Antonio Mayoral, la ciberseguridad es un tema que debe ir completamente ligado a los edificios inteligentes.[ CITATION EIN21 \l 3082 ]

Un edificio debe tener ciertas características para ser considerado inteligente las cuales son[ CITATION Ins17 \l 3082 ]: Conectividad. El internet permite vincular los sistemas de un edificio en la nube, utilizando diversas plataformas, siendo una de ellas IoT IBM Watson, esta plataforma permite informa en tiempo real permitiendo que el edificio logre ser lo más inteligente posible[ CITATION Ins17 \l 3082 ]. Figura 2 Conectividad [CITATION EDU21 \l 3082 ]

Seguridad. Como su mismo nombre lo indica este requisito es indispensable para un óptimo desarrollo, ya sea protegiendo a los usuarios como a la información virtual, para esto existe una diversa cantidad de programas que permitiría esa protección, como menciono José Antonio Mayoral, actual rector de la universidad de Zaragoza, la ciberseguridad debe estar siempre vinculado con los edificios inteligentes[ CITATION Ins17 \l 3082 ].

Figura 3 Seguridad [ CITATION Cés20 \l 3082 ]

Ecoeficiencia. Como en la actualidad se ha convertido en una de las mayores preocupaciones el ahorro de energía, por consiguiente, se ha puesto como prioridad construir edificios utilizando materiales y sistemas que logre aprovecharse de una mejor manera, esto para conseguir ser más eco amigables con el medio ambiente como para obtener un certificado de eficiencia energética, algo que todo edifico inteligente debe obtener CITATION Ins17 \l 3082 ].

[

Figura 4 Ecoeficiencia[ CITATION EAE16 \l 3082 ]

Accesibilidad. La accesibilidad permite en una gran medida la eficiencia y el confort de los usuarios en varios aspectos siendo uno de ellos la movilidad, esto no solo se refiere a los coches o el transporte público sino también a la movilidad dentro del edifico, permitiendo que personas con algunas discapacidades se logren movilizar si ningún problema, siendo esto una prioridad no solo para el edificio sino también para las futuras ciudades del mañana[ CITATION Ins17 \l 3082 ].

Figura 5 Accesibilidad [ CITATION Tan18 \l 3082 ]

MATERIALES INNOVADORES A lo largo de la historia, el ser humano siempre se ha destacado por su ingenio y por su capacidad de innovar, esta capacidad nos ha permitido crear diversas cosas en base de una [ CITATION Jai12 \l 3082 ] y tal como menciona Peter Drucker, el mayor filosofo de la administración del siglo XX, “innovar es encontrar nuevos o mejores usos a los recursos de los que ya disponemos”[CITATION DeL12 \l 3082 ]. Por consiguiente, en este trabajo se ara mención a 5 materiales innovadores en el campo de la ingeniería:  Biocemento. Uno de los materiales más indispensables en la

construcción es el hormigón, ya sea por su gran durabilidad, dureza o coste

económico, siendo este una combinación de cemento, áridos granulares, agua, etc.[CITATION DAN17 \l 3082 ]. A pesar que mencionamos que tenía una gran dureza, la gran fragilidad del cemento conlleva a la aparición de grietas, inclusive al poco tiempo de su construcción, por consecuencia brindan un camino libre para que el agua se logre filtrar a través de ellas agraviando el problema y lógicamente reduciendo la durabilidad de la obra [ CITATION Ser15 \l 3082 ] Ante este dilema Henk Jonkers, Microbiólogo, y Erick Schlangen, Experto de materiales, idearon una en la que consiste en agregar un microorganismo que logre sobrevivir dentro de cemento y logre metabolizar carbono cálcico con el contacto con agua, esto produciría una sustancia que logre sellar aquellas grietas.[ CITATION And16 \l 3082 ] Este proceso se logró realizar en laboratorio donde funciono exitosamente logrando sellar varias grietas, pero el problema actual es poder realizar ese procedimiento de manera industrial. Este proceso si se logra realizar correctamente, conllevaría a grandes beneficios medioambientales y económicos.[ CITATION Ser15 \l 3082 ]

Figura 6 Biocemento [ CITATION Con17 \l 3082 ]

 Aero Gel. Muchas personas pensaran que, seguro que la invención de un

material innovador es trabajo minucioso y muy serio, pero nada más lejos de la realidad, Stephens Kistler, ingeniero químico, creo el Aero gel a partir

de una competencia con Charles Learned para ver quién podía “reemplazar el líquido dentro de un frasco de mermelada sin causar ningún encogimiento” esta simple competencia dio origen al Aero gel [ CITATION BBC18 \l 3082 ] Una de las mayores características del Aero gel es su gran capacidad de aislante térmico siendo capaz de obstruir temperaturas extremas, además de ser una sustancia hidrofóbica es decir repele el agua, en la actualidad su uso se puede encontrar en diversos campos ya sea en la ingeniería civil, espacial, etc. [ CITATION Nan19 \l 3082 ] Uno de sus mayores usos en la ingeniería civil es como material en ventanas esto se debe ya que sirve como un excelente aislante térmico. [ CITATION BBC18 \l 3082 ]

Figura 7 Aerogel [ CITATION Kra18 \l 3082 ]

 Pintura Solar. Muchas personas conocerán los que son las energías

reutilizables, siendo una de las más icónicas la energía solar la cual aprovecha la luz del sol para convertirla en energía, ante esto surgieron varias ideas para aprovechar esta clase de energías limpias y además de realizarlo de una manera más simple, ante esto surgió la idea de crear un aerosol capaz de aprovechar la energía solar, no totalmente como lo aria un

panel solar pero si de una manera más simple y eficiente y además que abarcaría menos espacio .[ CITATION Mar20 \l 3082 ] Paul Dastoor, profesor de física, invento lo que conocemos como pintura solar , esta pintura está compuesto por materiales semiconductores , aunque por el momento está en una fase de desarrollo es posible que esta pintura solar logre remplazar a los muy conocidos paneles solares ya que son más baratos que estos y además se está investigando en como poder hacerlos más eficientes que antes, se estima que en el 2022 se abrirá a los mercados públicos permitiendo una mejor inversión[ CITATION Vie17 \l 3082 ], además que el director de la agencia mundial de energía estima que en el 2050 las energías renovables se convertirán en la mayor fuente de

energía eléctrica en todo el mundo, algo que seguramente la pintura solar contribuirá [ CITATION IEA20 \l 3082 ]. Figura 8 Paul Dastoor [ CITATION Kar17 \l 3082 ]

 Madera Transparenté. Seguramente si preguntas a cualquier persona

sobre los materiales de una ventana de seguro te darían respuestas como vidrio o plásticos, ya que son transparente y solidos cuando se les endurece, pero tristemente no son buenos aislantes térmicos además que el vidrio es un potencial contaminante ambiental[ CITATION Ayu18 \l 3082 ], ante este dilema muchos científicos buscaron nuevos materiales que logren remplazar al vidrio, pero solución se encontró en el lugar menos esperado. Lars Berglund, científico sueco, creo la primera madera transparente y biodegradable[ CITATION Dos20 \l 3082 ], pero seguro muchas personas dirán cómo es posible que un material como la madera se vuelva

transparente, este problema logro solucionar Lars, los principales materiales que no permite que la madera sea transparente es la celulosa y la lignina, principalmente la lignina ya que se activa mediante la luz y le da el característico color marrón a la madera pero tristemente para lograr separar la lignina de la madera se utilizaba grandes sumas de energía y químicos peligrosos, afortunadamente un estudio reciente de la Universidad de Maryland , muestra que es factible crean madera transparente con menos energía y con químicos sencillos, aunque este proceso aún está en

investigación ya que se está buscando una mejor forma de optimizar las reacciones químicas y conseguir una mejor automatización industrial de su proceso[CITATION Eic21 \l 3082 ] Figura 9 Madera Transparente [ CITATION Pet16 \l 3082 ]

 Concreto fotovoltaico. Uno de los problemas actuales que sufre la

humanidad es la gran cantidad de demanda energética y ante esto existen diversas fuentes de energía verdes una de las más conocida es la energía solar pero tristemente más conocida es mediante los paneles solares, una forma no tan eficiente y ni tan económica ante este dilema se comenzaron varias investigaciones con la finalidad de inventar algo que logre aprovechar la energía de una manera más eficiente , económica y que se pueda colocar en cualquier lugar, ante este dilema se logró diseñar un concreto que logre producir este tipo de energías[ CITATION Ins19 \l 3082 ]

Orlando Gutiérrez y Euxis kismet, alumnos del CIITEC, han logrado diseñar un tipo de concreto que logre emplear en todo tipo de construcciones y, que al mismo tiempo se pueda utilizar como un generador de energía solar, este proceso se logra mediante la obtención de nanopolvos de concreto mediante cierta técnica llamada “molienda de alta energía”, estas partículas deben ser menor a 100 nanómetros , que a su vez es mezclada con otras sustancias para la generación fotovoltaica, aunque este proyecto aún sigue en desarrollo ,con la finalidad obtener una mejor eficiencia a la hora de obtener energía, demuestra que es un gran paso para comenzar a utilizar de una manera más industrial la ...