Análisis Visual y Energético de las Celosías Fotovoltaicas ...como elementos de protección...

Universidad Politécnica De Catalunya. Escuela Técnica Superior de Arquitectura Barcelona ETSAB.

Máster de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente. 2012/2013

Análisis Visual y Energético de las Celosías Fotovoltaicas. Elemento de control y captación en la arquitectura contemporánea.

Tutor: Helena Coch Roura.

Alumno: Cristóbal Oyarce Cabello.

Barcelona, 2013.

ABSTRACT: El desarrollo en el campo de la integración fotovoltaica en la arquitectura, nos propone un gran número de estrategias para utilizar el elemento básico de captación, la célula PV, como elementos de protección solar, que a la vez transforma la irradiancia solar en energía eléctrica, proporcionando un ahorro en la demanda energética. Este estudio pretende indagar en la repercusión visual que tendrían diferentes diseños de Celosías PV, Haciendo una comparación entre la evaluación recompositiva de las imágenes y la cantidad de energía eléctrica producida.

Análisis Visual y Energético de las Celosías Fotovoltaicas. Elemento de control y captación en la arquitectura contemporánea. Máster AEMA/UPC

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CAPITULO I I.1 Introducción……………………………………………………... Pág. 03 I.2 Objetivos………………………………………………………… Pág. 05 I.3 Justificación del tema…………………………………………….Pág. 06 I.4 El paisaje como elemento de la arquitectura……………………..Pág. 08

CAPITULO II II. 1 Estado del Arte……………………………………....................Pág. 09

• La celosía fotovoltaica……………………….………..Pág. 10 • Parámetros de un sistema fotovoltaico………………..Pág. 14 • Esquema de un sistema de celosía fotovoltaica…..…...Pág. 14 • La célula fotovoltaica………………………………… Pág. 14 • Principios físicos de una célula fotovoltaica……......... Pág. 14

CAPITULO III

III. 1 Antecedentes, estudio de la visión……………………………..Pág. 18 • El ojo………………………………………………… Pág. 18 • El movimiento ocular………………………………... Pág. 20 • El campo visual humano……………………………... Pág. 21 • Los campos receptivos de las células ganglionares….. Pág. 23 • La estereopsis………………………………...………. Pág. 25 • El color…………………………………………….…. Pág. 28

CAPITULO IV

IV. 1 Hipótesis………………………………………………………Pág. 30 IV. 2 Metodología experimental…………………………………...Pág. 31

• 1ra fase; Maqueta a escala…………………………… Pág. 32 • Resultados visuales…………..………………………. Pág. 35 • 2da fase; radiación y simulación…………………… Pág. 36 • Limitaciones y alcances de la simulación…………… Pág. 37 • Resultados de la simulación………………………….. Pág. 38

CAPITULO V V. 1 Conclusiones………………………………………………… Pág. 39 V. 2 Referencias…………………………………………………... Pág. 42 V. 3 Anexos………………………………………………………. Pág. 46-69


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CAPITULO I Introducción La integración de elementos tecnológicos en la arquitectura consiste en un proceso de aprendizaje que se evoca al incorporar las nuevas tecnologías que brindan eficiencia a un proyecto. Estas tecnologías no constituyen elementos constructivos como tal, pero cada día son más imprescindibles para el funcionamiento, manutención y desarrollo de un edificio. Existe siempre un desfase temporal en la integración de las nuevas tecnologías a la arquitectura, a modo de ejemplo, las cajas de ascensores no existieron o no formaron parte del diseño integrado de un edificio luego de tres o cuatro décadas desde su invención en 1853 , en sus primeros años trabajaba como una estructura independiente al edificio que se situaba, cuado era posible, en el hueco vacío que quedaba al centro del espiral de la caja de escaleras, mientras en los casos que no contemplaba tal espacio, simplemente se anexaba a la estructura por el exterior del edificio. Lentamente se fue incorporando al complejo estructural, definiéndose un espacio exclusivo para su montaje y otro para su sistema de soporte o manutención. Y hoy en día es casi imposible el planteamiento de un diseño de varias plantas, sin que estos no estén considerados en el cálculo estructural y en el resultado formal del edificio. Con esto quiero decir entonces, que cuando una nueva tecnología se introduce en la arquitectura, primero trabaja como elemento anexo, ya que el diseño de éste no lo considera. Posteriormente se introduce, pero parece estar en un período de prueba, donde no se consideran las posibles perfectibilidades al diseño. Finalmente se normaliza y es donde su implementación termina la fase de integración. En el campo de las tecnologías de elementos de ahorro energético presentes en la arquitectura, no ha sido diferente, desde sus primeras apariciones a mediado de la década del 70, ha habido un desarrollo progresivo que se ha especializado en la manera de elaborar sistemas que faciliten su implementación y que no restrinjan o limiten la creatividad del arquitecto. A motivo de esto, es por ejemplo el desarrollo del silicio amorfo, que permiten adherirse a todo tipo de superficies que antes eran imposibles de cubrir con las placas solares PV convencionales o los captadores térmicos de tubo al vacío, gracias a estos ya no es tan necesaria su inclinación ortodoxa con respecto a la carta solar del lugar, esto es posible, ya que llevan un espejo cóncavo incorporado que regula el ángulo incidente tan solo girándolo manualmente. Pero en la mayoría de los casos, se aborda el tema prácticamente desde el ámbito estético y funcional, en desmedro de variables tan importantes que tienen que ver con el habitar interior del edificio. Sabemos que la meta principal de la implementación de estos sistemas es proporcionar un ahorro significativo o incluso la autonomía energética, pero muchas veces nos encontramos con edificios que en la búsqueda de este objetivo, perjudican por ejemplo la conexión visual del usuario y el exterior, o la falta de espacios de esparcimiento, llenando con incómodos aparatos, azoteas y balcones, que entorpecen el uso y desplazamiento del usuario a través de ellos.


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Dentro de los sistemas integrados a la arquitectura, de mayor desarrollo es la Fachada de Celosía con Células Fotovoltaicas, esto por que brindan la capacidad de proteger al interior del edificio anteponiendo un elemento opaco que atenúa la radiación solar, al igual como lo haría cualquier otra celosía, pero ésta además de ello, trasforma en energía eléctrica la radiación que no atravesó a través de ella, reutilizándola para el propio consumo. Esta tecnología se encuentra en un desarrollo tal, que ya existen varios estudios que avalan los resultados y justifican su utilización. Tal vez la arista menos abordada tiene que ver con el comportamiento visual que tendrían desde el interior de un espacio habitable y su conexión con el exterior. La Real Academia De La Lengua Españolaa, define la palabra celosía "enrejado de listoncillos de madera o de hierro que se pone en las ventanas de los edificios o de otros huecos análogos para que las personas que están al interior vean sin ser vistos". La Palabra celosía tiene su origen en la palabra celo, que proviene del latín Zēlo que significa "ardor, celo" y este deriva de la palabra griega ζῆλος que significa "hervir". Por ende, una Celosía fotovoltaica, además de brindar protección solar y generar energía eléctrica, debe proporcionar privacidad al usuario, permitiendo de igual manera una visión adecuada para el uso interior que se lleve a cabo en tal espacio. Por lo general en la etapa del prediseño, los arquitectos solemos pre-dimensionar la celosía o cualquier obstrucción solar en función de su comportamiento lumínico y energético, pero dejamos al azar la repercusión visual que tendrá en el usuario, o no lo analizamos con la misma rigurosidad en comparación con lo anterior. Esto cobra importancia a la hora de diseñar edificios que demandan una gran conexión del usuario con el exterior: como establecimientos de salud, hoteles y casas de reposo para la tercera edad, donde es fundamental para el éxito del proyecto, si hablamos de “ahorro”, poder suplir con un único sistema, los requerimientos visuales y de privacidad, sin tener que incurrir en gastos posteriores de elementos que realicen esa labor una segunda vez.

a Vigésima segunda edición (on line): http://www.rae.es/rae.html consultada el 01 de julio del 2009


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Objetivos. Generales.

• Estudiar el comportamiento visual de diferentes tipos de celosías presentes en la arquitectura y posteriormente someterlas a una simulación que me permita cuantificar el grado de captación solar que tienen según su orientación.

• Establecer una escala de eficiencia entre el comportamiento visual, a través de ella

y su desempeño como captador de energía solar. Específicos.

• Indagar en los estudios de la visión humana para entender las razones de los fenómenos y acontecimientos visuales.

• Realizar un acercamiento en los sistemas de producción eléctrica fotovoltaica

integrados en la arquitectura.

• Evaluar de manera cualitativa y cuantitativa experiencias visuales del paisaje exterior, a fin de poder generar una herramienta que permita preveer experiencias visuales de un usuario en un proyecto de arquitectura.


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Justificación del tema. Durante el desarrollo del Máster en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente realicé un estudio sobre los elementos de control en la arquitectura, circunstancialmente llegué a un proyecto de los arquitectos Xavier Claramunt y Martín Ezquerro, el Hospes Palacio de los Patos. Este edificio se caracteriza por una peculiar celosía de mármol, compuesta de pequeñas láminas cuadradas con un distanciamiento no mayor a los 15 cm en ambas direcciones. Leyendo las intenciones del arquitecto, comprendí que esta malla tenía la función de proporcionar al usuario cierta intimidad, al ser éste un edificio ubicado muy cerca del Palacio los Patos. Pero las imágenes interiores del hotel manifestaban una clara sensación claustrofóbica al no tener vistas profundas desde los lugares de permanencia, lo cual bajo mi punto de vista, es una característica fundamental de los espacios de reposo. Sin tener la intención de menoscabar dicha obra, que por lo demás me parece un edificio interesante, me formulé las siguientes preguntas: si el objetivo de esta celosía es la “intimidad”, ¿Por qué se dispuso de forma regular en todo el proyecto? ; ¿Cuál es la distancia necesaria para poder apreciar el exterior? ; ¿Estaba contemplado en el diseño espacial interior? Este cuestionamiento me llevó a la conclusión que son preguntas totalmente atingentes y razonables para un curso como éste, y mi interés se encaminó a la búsqueda de más proyectos que trabajasen la celosía como una iconografía principal en su estética o tomándola como un elemento tal, que si la quitásemos de el, dejaría de ser ese proyecto. Una vez finalizado este recorrido, concluí que las preguntas que me había hecho en un comienzo seguían abiertas, puesto que cuando se trabaja la variabilidad de la configuración de la malla se hacía por razones estéticas y mirando al proyecto desde el exterior. Y Por otro lado, la densidad respondía netamente a la estética o la orientación solar que recibía el edificio, más que a un interés especial en el resultado visual interior. Posteriormente, elaboré una maqueta a escala que representaba las medidas de una habitación estándar con una ventana en frente, en el interior se desplazaba una cámara fotográfica por un pie de metro, donde se registraban los distanciamientos con respecto a la ventana. Y ésta a la vez, estaba habilitada para anteponer varios tipos de celosías que elaboré yo mismo. Las celosías iban desde un grado de densidad bajo a uno muy alto considerando el nivel de transparencia como un factor determinante en su comportamiento visual. Se realizaron varias fotografías por cada celosía, a distancias que variaban desde el borde de la ventana hasta un alejamiento razonable para mantener el entendimiento de la imagen de fondo. Los resultados fueron mayoritariamente cualitativos, al menos en lo que me interesaba estudiar. Fueron interesantes en el sentido de que, si bien no se trataba de una experimentación rigurosa, ya que el motivo del estudio en aquel entonces no lo ameritaba, arrojaron grandes indicios de que era posible establecer relaciones entre un determinado


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tipo de celosía, el distanciamiento a la ventana y una actividad que se pueda desarrollar al interior de un espacio. Todo esto bajo la óptica del comportamiento visual de cada una de ellas.

FIGURA 1. Esquema de variables utilizadas para este experimento: tipo de celosía, distancia observador a Celosía, distancia observador al objetivo. Las proyecciones de aquel trabajo me llevaron a pensar que sería interesante la aplicación de un procedimiento similar pero teniendo en cuanta el comportamiento del sistema visual humano y la rigurosidad que demanda un trabajo final de máster. Por otro lado me veo en la necesidad de contraponer este estudio al opuesto polar, que sería la posibilidad de captar energía eléctrica en la celosía resultante sobre los elementos opacos que ésta utilice en su diseño, bajo la hipótesis inicial de que una celosía poco densa y por ende “de buen comportamiento visual”, sería un “mal captador solar eléctrico”. Esta afirmación me genera un punto de partida, estableciendo que mi estudio será una especie de balanza que permita leer claramente estas contraposiciones y de esta manera contribuir a los estudios que se realizan en el campo de la eficiencia energética de la construcción.

IMAGEN 1. Hotel Hospes Palacio los Patos de Granada.


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El paisaje como un elemento de la arquitectura. En este estudio pretendo destacar la utilización del paisaje a modo de expresar la motivación que me ha llevado a realizar un trabajo que se centre en su cualidad como soporte, no solo de la visión, sino que también de la memoria. Muchas veces nos encontramos con edificios, principalmente centros comerciales, donde el paisaje queda olvidado, y es remplazado por un bombardeo de publicidad e información que nos fustiga la vista. Esta condición de encierro o privación del mundo exterior repercute en el estado de ánimo de la gente, ya que nuestro sistema metabólico y nuestro sentido cronológico necesita de una fuerte conexión con el medio natural. En el libro “visiones del paisaje” (U. de Córdoba, 1999, P13) se documentan varias definiciones del paisaje, que durante la historia del hombre han sido tomadas en cuenta como fundamentos para instaurar doctrinas neurálgicas para incitar manifestaciones artísticas. En el siguiente extracto, manifiesto las que a mi parecer, expresan con mayor sensibilidad, lo que quiero expresar sobre el paisaje.

“El paisaje no constituye un mero escenario geográfico por el que se mueven los habitantes de una determinada comunidad, sino que supone un factor que determina la identidad del ser humano, al mismo tiempo que esta se proyecta en el entorno físico hasta conformar un rico discurso verbal y plástico.” (Claudio Guillén1998.P98) “El paisaje nace de la contemplación humana, y cada paisaje vuelve a ser creado, es decir, se recrea por cada espectador. Es distinto según los ojos que lo contemplan. Así pues, el paisaje queda sujeto a la doble indeterminación de su apariencia cambiante y de la capacidad e interés del que lo contempla.” (Claudio Guillén1998.P140) “Un último sector de autores, en fin de opinar que el paisaje incluye desde luego los aspectos físicos pero también humanos y las mutuas incidencias de los unos y de los otros. El hombre si puede contemplar un paisaje individualmente pero su percepción no será completa si no abarca el componente de la acción humana que lo ha conformado, lenta y sostenidamente durante siglos quizás o en irrupción violenta otras veces. También en el marco físico ha determinado que de alguna manera los quehaceres y costumbres, y hasta el modo de ser, de quienes en él habita.” U. de Córdoba, 1999, P155)

Todas estas definiciones, tienen por intención introducir al lector en un terreno, en el cual el paisaje cobra un respeto y un acercamiento tal, para que sea tomado en cuenta como un elemento significativo, probablemente el más importante de los que conforman la arquitectura.


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CAPITULO II

Estado del arte. Motivado por la inquietud del trabajo realizado en el Máster, elaboré una colección de una gran variedad de edificios históricos y contemporáneos, donde su característica más llamativa era el uso de algún sistema de Celosía como protector solar o visual. Llegué a la conclusión que existen dos grandes grupos en el mundo de celosías, dejando de lado a las “persianas y lamas”, ya que éstas por definición no clasifican como tales por el motivo de que van solo en una dirección. A estos dos grandes grupos los denominé: Mallas lineales y Mallas poligonales. Las primeras, como su nombre lo dice, generan mediante su configuración un tejido textil. También podemos clasificar dentro de este grupo a las mallas figurativas; que mediante elementos simbólicos (también lineales), tales como círculos, triángulos o estrellas configuran una red opaca lineal que limitan la visión y la radiación. Estas últimas, las podemos encontrar comúnmente en el mundo árabe y en la India. El otro gran grupo llamado Mallas Poligonales, y su nombre se debe a que en ellas se utiliza elementos sólidos poligonales opacos, los cuales generan un obstáculo para la visión y la radiación, que se distribuye uniformemente por la fenestración, dejando pasar luz a través de su distanciamiento equidistante y regular. A modo de ejemplo, el Hotel Palacio los Patos de Valencia.

FIGURA 2 . Representación esquemática de los grupos de Celosías presentes en la Arquitectura. En la izquierda el grupo Mallas lineales / Derecha, el mallas poligonales. En la arquitectura encontramos innumerables formas y configuraciones de estos dos grandes grupos, pudiendo haber perfectamente casos en los que ambos grupos se combina para formar una celosía híbrida.


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2. 3.

4.

5. 6. La celosía fotovoltaica. Cuando se habla de Building Integrated PV (BIPV) se está haciendo referencia a instalaciones fotovoltaicas integradas en cualquier “capa o envoltura” de un edificio, o bien la cubierta o la fachada, siempre y cuando se respetan una condiciones básicas de diseño, como la orientación e inclinación de los módulos fotovoltaicos. (Dir. Gral. I.E.M de la F.E. Comunidad de Madrid. 2009, P.17)

Las imágenes superiores y a la izquierda,(2,3,4) pertenecen a la arquitectura india, celosía lineal compuesta de elementos opacos de piedra. Las imágenes inferiores (5, 6)pertenecen a La Ricarda, del arquitecto Antonio Bonet, en Barcelona. Aquí se construyó una celosía poligonal , compuesta por elementos opacos perforados.


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A continuación se presenta una recopilación de casos donde la fachada fotovoltaica, significa una decisión importante en el resultado formal del edificio o representan un grado de integración de sistemas de ahorro energéticos.

IMAGEN 7 Instalación FV en la “Casa de la Juventud” de San Sebastián de los

Reyes. (Dir. Gral. I.E.M de la F.E. Comunidad de Madrid. 2009, P.30)

FIGURA 3. Sección de una fachada ventilada.


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La Fachada Verde del Polideportivo de Tübingen (Alemania) perseguía una integración perfecta tanto con el edificio como con el entorno. El polideportivo se encuentra en una zona de muchos bosques y praderas por lo cual, se optaba en este proyecto, por unos laminados especiales de color verde. Este color se consigue mediante la capa reflectante. Habitualmente las células son de color negro o azul oscuro para conseguir una mayor absorción de la luz y con ello, la máxima eficiencia. En total se han instalado 970 unidades de cuatro diferentes tipos en la fachada sur-‐oeste con las que se alcanza una potencia pico de 43,7 kWp y una producción de más de 30.000 kWh de energía limpia al año. (Dir. Gral. I.E.M de la F.E. Comunidad de Madrid. 2009, P.31)

IMAGEN 8. Fachada Fotovoltaica Verde del Polideportivo de Tubingen (Alemania) realizado por Conergy. Respecto el sistema de soporte se escogió unos raíles verticales como apoyo que son compartidos por dos laminados en sus extremos. Siendo laminados, hacía falta desarrollar un fijador – tipo Clip – para garantizar su sujeción segura en cuatro puntos del módulo.


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IMAGEN 9. Fijaciones en las cuatro aristas.

FIGURA 4./ IMAGEN 10. Detalles de la estructura y los fijadores de la Fachada Fotovoltaica Verde de Tubingen (Alemania).

IMAGEN 11. / FIGURA 5. Detalles de la estructura y los fijadores de la Fachada Fotovoltaica Verde de Tubingen (Alemania).


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Industrial Gradhermetic, con sede en Terrassa (Barcelona), ha presentado recientemente su nuevo producto “Lighting Photovoltaic”. La fabricante de persianas y de celosías de aluminio, ha incorporado a sus sistema de celosías 'Gradpanel', caracterizados por sus grandes palas, placas fotovoltaicas que las convierten en paneles de captación de energía solar para su posterior transformación en eléctrica. (Gradhermetic, 2013, P10)

IMAGEN 12. Celosías fotovoltaicas de Grandhermetic.

IMAGEN 13. Celosías fotovoltaicas de Grandhermetic. Parámetros de un sistema fotovoltaico. La célula fotovoltaica. La célula es la unidad de captación de un sistema fotovoltaico, es un dispositivo capaz de convertir la luz en electricidad de una forma directa e inmediata. Normalmente las más utilizadas son las formadas por una unión p-n, construida a base de silicio monocristalino. No obstante existen otros procedimientos y materiales menos utilizados en la actualidad que se encuentran en fase de estudio, esperando con ello que el aumento de su rendimiento justifique su masificación en el mercado. (Alcor C.,E 2002, P13) Principios físicos de una célula fotovoltaica. Como todos sabemos, la materia está constituida por átomos, los cuales a su vez están formados por dos partes bien diferenciadas: el núcleo, dotado de una carga eléctrica positiva, y los electrones, que giran alrededor en diferentes bandas de energía, con carga eléctrica negativa que compensa a la del núcleo. Formando así, un conjunto totalmente estable y eléctricamente neutro. (Alcor C.,E 2002, P14)


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A los electrones de la última capa se les ha dado el nombre de electrones de valencia, y tienen la facultad de interrelacionarse con otros similares, formando una red cristalina. Haciendo una división, podemos afirmar que existen tres tipos de materiales, eléctricamente hablando, y que son: CONDUCTORES: Disponen de unos electrones de valencia poco ligados al núcleo y que pueden moverse con facilidad dentro de la red cristalina respondiendo a un pequeño agente externo. SEMICONDUCTORES: Sus electrones de valencia están más ligados a sus núcleos que en los conductores, pero vasta suministrar una pequeña cantidad de energía para que se comporten igual que estos, liberando sus electrones más externos. AISLANTES: Presentan una configuración muy estable, la cual es difícil de modificar, ya que los electrones de valencia están sumamente ligados al núcleo, y la elegía a suministrar para que saltaran del átomo sería excesivamente grande. Los materiales usados para las células fotovoltaicas son los semiconductores, ya que la energía que liga a los electrones de valencia con sus núcleos, es similar a la energía de los fotones que constituyen la luz solar, al incidir ésta sobre el semiconductor (normalmente silicio), sus fotones suministran la cantidad de energía necesaria a los electrones de valencia como para que se rompan los enlaces y queden libres para circular por el semiconductor.

FIGURA 6. Esquema unión p-n.


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Al lugar dejado por el electrón liberado se llama “hueco”, y dispone de carga eléctrica positiva (igual a la que tenía el electrón pero de signo contrario). Estos huecos también se desplazan, ya que el electrón liberado es susceptible de caer en un hueco próximo, produciéndose entonces un movimiento de esta “ausencia de electrones”. Al hecho de que los electrones ocupen huecos dejados por otros electrones, se le denomina recombinación. Existen varias formas de crear un campo eléctrico de este tipo en el interior del semiconductor, pero todas ellas están basadas en el concepto de potencial de contacto y la afinidad que diferentes sólidos tienen por los electrones. En las células solares este campo eléctrico se consigue tratando dos regiones de un cristal de silicio dopadas (impurificadas) con distintos elementos. Una región “n” que puede ser impurificada con fósforo y otra “p” con boro. (figura 1) Estos dos elementos añadidos no son al azar, esto tiene una razón, la cual es que el silicio puro contiene cuatro electrones, el átomo de fósforo tiene cinco electrones, esto hace que tenga menor afinidad por un electrón que el silicio. Mientras que la otra región contiene boro, que tiene tres electrones, por ende tendrá mayor afinidad por un electrón que el silicio. De esta manera la unión p-n, presenta un diferencial de voltaje. La luz incidente provoca un ordenamiento de estos electrones dejando a un lado los electrones y al otro los huecos vacíos, este proceso se repite continuamente produciendo la electricidad. Las rejillas metálicas tienen la función de extraer esta corriente llevándola a la célula siguiente, para finalmente ser recogida por un cable troncal que deberá ser dimensionado en función al número de células que se dispondrán en el panel fotovoltaico. (Alcor C.,E 2002, P18)


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Células Solares Fotovoltaicas.

IMAGEN 15. Células de MicroLink epitaxiales, 6,6 cm x 3,1 cm Un planeamiento de un sistema de celosía fotovoltaica deberá contemplar que los dispositivos de captación no se sombreen entre ellos, además de esto deberán pensar en la protección de las células a las inclemencias del tiempo, como lo son el agua, la salinidad y el viento. Para ello se utilizan vidrios protectores o membranas epóxicas trasparentes que permiten el paso de la luz través de ellas. Junto con ello, es importante preveer en el diseño la forma de limpieza del sistema, ya que es fundamental para el óptimo funcionamiento y su manutención. Los soportes de la instalación deberán, considerar el peso del sistema incluido el cableaje y la fuerza del viento. Por último mencionar que el resto de los componentes del sistema son los mismos que los utilizados en una instalación convencional, esto es importante ya que la integración debe preveer espacios adecuados en la arquitectura para almacenamiento y correcto monitoreo. Estos componentes son básicamente: El acumulador o batería, el regulador de carga y el alternador. El tamaño de ellos dependerá del cálculo resultante de la cantidad de electricidad que se pretende obtener en el proyecto.

IMAGEN 14. Célula de silicio monocristalino convencional 15x15cm


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CAPITULO III Antecedentes del estudio de la visión. Me parece indispensable para la correcta ejecución de ésta memoria la realización de un análisis práctico sobre la visión, tener un conocimiento, aunque sea de manera superficial pero a la vez entendida, sobre cómo maneja el cerebro la información visual. Esto porque una parte de la experimentación práctica, evaluará el comportamiento visual de cada celosía en estudio y para ello no bastará con la opinión crítica ni las abstracciones que pueda hacer del resultado, sino que se deberá anteponer el conocimiento implícito del sistema visual, para cotejar cualquier intento de afirmación hipotética que con ello ocurra. Esta parte del trabajo la he realizado mediante la búsqueda de artículos y bibliografías especializadas en el estudio de la visión, que se basan en investigaciones de neurología y las teorías cognitivas. De manera que cualquier opinión discrepante al respecto, que se entienda que es una forma de acercarme a un resultado lo más científicamente posible, dentro de mis limitaciones como estudiante de Máster de Arquitectura y no un especialista en oftalmología, optometría o neurociencias. Por esta razón daré una explicación introductoria, para exponer de manera simplificada los estudios basados en el libro: “Ojo, Cerebro y Visión” del catedrático de Harvard, Dr. David H. Hubel. Quien expone en dicha publicación los trabajos sobre el estudio de la visión y el cerebro, que le valieron para ganar en 1981, junto a su colega el Dr. Torsten Wiesel, el premio Nobel de Medicina. El ojo. El ojo se ha comparado a menudo con una cámara, sería más apropiado compararlo con una cámara de televisión conectada a un trípode con rastreo automático –una máquina provista de sistema de autofoco, que ajusta automáticamente la intensidad de la luz, que tiene una lente con sistemas de autolimpieza y que envía la información con capacidades de ordenamiento paralelo tan avanzadas, que los ingenieros solo están comenzando a usar estrategias similares para las máquinas que diseñan. Para Hubel (Ojo,Cerebro y Visión, 2000, P33), la visión es una característica asombrosa de los seres vivos superiores, que para el humano considera el globo ocular, el cerebro y los músculos del cuello. La retina es el ancla que dirige de los seis músculos de cada ojo incluidos los que sostienen la cabeza. El enfoque ocular es un trabajo de extraordinaria precisión, que se atribuye a los aprendizajes inconcientes que adquirimos durante los primeros días de vida. Tal es ésta precisión que si nos tocamos ligeramente con un dedo el globo ocular de un ojo, inmediatamente nuestra visión se vuelve doble, esto se debe a un desvío del haz luminoso que se proyecta en la retina, específicamente en la fóvea, que es el área que captura la visión precisa, esta proyección al diferir en ambas fóveas, es interpretada por el cerebro como una imagen doble.


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FIGURA 7. El ojo humano / FIGURA 8. Detalle células de la Retina. LA CORNEA y EL CRISTALINO asemejan a lo que sería el lente de una cámara, para enfocar una imagen en una cámara, variamos la distancia entre el lente y la película, nosotros en cambio, no cambiamos la distancia entre el cristalino y la retina, sino modificando la forma del cristalino, estirando o relajando los tendones que sujetan a esta estructura gelatinosa. Otros dos grupos de músculos cambian el diámetro de la pupila, permitiendo menor o mayor entrada de luz, similar al diafragma de una cámara. Por último, la auto limpieza se consigue cerrando los párpados, esta zona se encuentra ricamente dotada de fibras táctiles, que ante el mínimo asomo de una partícula de polvo, activan las glándulas lacrimales que actúan secretando líquido lacrimal al igual que lo hace un limpia parabrisa. LA RETINA es una complicada superestructura que se encuentra en la cavidad interior del globo ocular, es la responsable de trasformar las señales de luz en impulsos nerviosos y gracias a ella podemos ver a niveles de iluminancias muy altas, como en pleno día soleado y en niveles casi inexistentes, como en una noche estrellada. En ella se encuentran dos tipos de células sensoriales, los Bastones; que son mucho más numerosos que los Conos, son los responsables de nuestra visión tenue y no funcionas a grandes exposiciones de luz, mientras que los segundos no funcionan a baja luz pero son los responsables de que podamos ver los detalles finos y la visión en color. El número de conos y bastones varía notablemente en toda la superficie de la retina, sobre todo en la zona central donde solamente encontramos conos, esta zona libre de bastones se denomina Fóvea, tiene aproximadamente medio milímetro de diámetro y es la responsable de que podamos ver los detalles más finos. Existen otro tipo de células neuronales en la retina, curiosamente se encuentran antes de las células receptoras, la luz debe atravesarlas para llegar a ser interpretada, en el fondo de la retina encontramos una sustancia oscura llamada melanina, que también se encuentra presente en el pigmento de la piel, se cree que la razón de que esté allí es para evitar reflejos que distorsionen la imagen.


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Estas otras células son una especie de “cuello de botella” de los impulsos nerviosos provenientes de las células receptoras, ya que hay una relación de 125 a 1 por cada célula receptora y célula ganglionar, que es la encargada de trasportar los impulsos hacia el nervio óptico. En este proceso se verifica la importancia que tiene la fóvea en la retina, ya que en la región foveal la razón de receptor y células ganglionares es de 1 a 1, para trasmitir la información más completa, detallada y más rápidamente posible al cerebro. Mientras que en las zonas periféricas a la fóvea existen otro tipo de células intermedias que tienen la función de subdividir la información y trasmitirla de manera parcial a cada célula ganglionar. De este modo puede haber una proporción desigual sin que tengamos una visión tremendamente tosca. El movimiento ocular. Nuestra visión es tremendamente sensible al movimiento, esta afirmación no debería sorprendernos ya que evolutivamente hemos necesitado de esta cualidad para protegernos de los depredadores o para buscar y cazar alimentos vivos. Lo curioso es que la visión estática en nuestra experiencia visual es prácticamente inexistente, si pensamos en el paisaje natural, no existe nada completamente estático, si caminamos por el bosque el mismo hecho de desplazarnos le otorga movimiento al paisaje. Incluso si nos detenemos, el viento mueve ligeramente el follaje o si estamos en el desierto vemos el movimiento solar y el cambio de luminancias durante el día. ¿Cómo lo hace la visión entonces, para lidiar con la vida moderna? Donde requiere de muchas horas sentado frente a un ordenador o de un libro, lo cual pude ser una tarea muy estática para ella. La respuesta está en los movimientos oculares llamados “Sacadas”, que son rápidos espasmos o movimientos involuntarios de micro segundos, que trasladan la mirada de un lugar a otro en una imagen estática. Esto tiene por objetivo hacer recorrer los bordes, líneas, formas y colores por los diferentes centros receptivos de las células, para que exista permanentemente una estimulación de ellos, ya que al no haberla, la acción inhibidora de los estímulos haría que la visión se atrofiase. Esto lo comprueba en 1957 el psicofísico ruso A.L. Yarbus,(Hubel D, 2000. P80) quien registró mediante un sistema de seguimiento ocular que la visión ante una imagen estática realiza un seguimiento con movimientos sacádicos, por las formas y líneas de gran contraste. Además de esto, comprobó que si restringimos los globos oculares con imágenes muy puntuales, de modo que no exista posibilidad de trasladar la visión, a pesar del esfuerzo que hagamos por mantener la visión fija, el ojo realiza un pequeño movimiento constante, llamado micro-sacada. Parece resultar que por mucho que queramos tener estanquidad en la visión, nuestro sistema visual se encarga de otorgarle dinamismo.


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IMAGEN 16. Movimientos sacádicos de la visión. Campo visual humano. Nuestro campo visual, es el rango de visión que tenemos frente a nosotros y está conformado por el barrido angular de nuestros dos ojos. Girando el cuello de lado a lado, prácticamente tenemos un barrido angular total de unos 360º, esto es relativo para cada ser humano, ya que primero el barrido ocular depende del tamaño del globo ocular, que para todas las personas es levemente distinto, luego influyen las características fisiológicas de las cavidades oculares, nariz, párpados y pestañas. Que según como sean estas significarán un grado de obstrucción al campo visual. Y finalmente la capacidad de torcer el cuello dependerá del estado muscular de cada persona. Aun así, pese a todas estas variables se puede establecer un rango promedio del campo visual que va desde los 160º a 180º en horizontal y 120º a 132º en vertical. Si no existieran dichas obstrucciones veríamos nuestro campo visual como dos esferas solapadas (tal como muestra la figura 11), este solapamiento da origen a nuestra visión binocular, que en los seres humanos tiene un ángulo aproximado a los 60º en horizontal. En esta región del campo visual, se encuentra la visión en profundidad y en el centro la visión precisa (Fóvea). Mientras que si nos alejamos del centro y nos vamos al área que representa la visión monocular, es donde percibimos las imágenes planas en 2D. Donde la visión carece de precisión pero es igualmente sensible al movimiento y a los cambios repentinos de luminancias que el resto del campo visual.


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FIGURA 9. Campo visual horizontal.

FIGURA 10. Campo visual vertical de Descartes.

FIGURA 11. Representación campo visual humano.


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FIGURA12. Rotulación sistema visual primario. Campos receptivos de las células ganglionares. CP En 1950, Stephen Kufller fue el primero que observó las respuestas de una célula ganglionar de un gato ante estímulos lumínicos distintos. Después de un largo estudio llegó a la conclusión de que las células ganglionares recogen la información de una determinada región de la retina, compuesta a su vez por Conos y Bastones. A esta zona la denominó campo receptivo de la célula ganglionar. Ya mencionamos que en la fóvea, el flujo sináptico entre una célula receptora (Cono) y célula ganglionar es 1 a 1, cuando nos aproximamos a la periferia las células horizontales, amacrinas y bipolares son las encargadas de establecer la redes sinápticas y reducir esta proporción a 125 a 1, de este modo podemos afirmar que la función de las células intermedias, es también la elaboración de los campos receptivos de las células ganglionares. (Hubel D, 2000. P39) Dichos campos son básicamente circulares y lo que más llamó la atención en Kuffler fue que existían algunos campos que al aproximar una fuente puntual de luz al centro del campo, este comenzaba a lanzar respuestas de estímulos (ON), mientras que con otros campos ocurría lo contrario – o sea, acusaban estar enviando señales al cerebro mientras no estaban iluminados, pero al iluminarlos dejaban de hacerlo (OFF). Luego, cambió el haz de luz, dejando una luz circular con un centro oscuro, similar a un anillo, ésta la aplicó en el CR de la célula cuya respuesta había sido ON y el resultado fue que dejo de dar la ráfaga de impulsos que había hecho anteriormente. A continuación repitió el estímulo en el


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CR de la célula que había dado una respuesta OFF, y ésta comenzó a dar una ráfaga muy activa de impulsos nerviosos. Kuffler llegó a la conclusión de que existen dos tipos de células ganglionares, las de centro ON y las de centro OFF. Ambos centros están rodeados de una corona periférica con respuesta opuestas a su centro. Vale decir, una célula de centro ON tendrá una respuesta OFF en su periferia, mientras que otra de centro OFF, lo hará de forma ON. Esta experiencia demuestra que las células ganglionares de la retina son excitadas preferentemente por el límite entre dos superficies de luminosidades distintas que por el nivel absoluto de la luminosidad de cada una de las dos superficies tomadas aisladamente. Si recordamos que el ojo está continuamente sometido a micro movimientos que tienen por efecto hacer pasar de forma continua en el campo visual de cada neurona retiniana los contornos de los diversos objetos, se comprende mejor el hecho de que la estabilización de las imágenes sobre la retina hace desaparecer rápidamente la percepción visual. Esta condición receptiva explica el fenómeno de MACH, en la que el límite entre una superficie negra y una superficie blanca es percibida como una línea gris.

FIGURA 13. Representación de los campos receptivos de las células ganglionares.


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FIGURA 14. Funciones de las áreas cerebrales que intervienen en la visión. La estereopsis. La habilidad que tenemos para juzgar en la imagen que se proyecta en nuestras dos retinas, qué elementos se encuentran más a tras o más adelante que otros, se llama Estereopsis. Cerca del 5% de la gente que cree tener una visión normal, carece de este sentido, pero se las arregla muy bien con otros fenómenos secundarios que nos ayudan a contemplar la profundidad del mundo. Antes de introducirnos en el concepto de estereopsis, me permitiré explicar los fenómenos secundarios, para que el lector pueda deducir que la habilidad de ver en profundidad depende, no solo de una cualidad, sino que es la consecuencia de todas ellas a la vez. Estos fenómenos secundarios son: la perspectiva, el paralaje y el sombreado. (Hubel D, 2000. P139)


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Para explicarlos, primero establezcamos que sea cual sea la naturaleza de éstos, son formas representativas del entorno que nos rodea y que el “cerebro” mediante el aprendizaje a través de nuestras experiencias ha desarrollado una conducta tal, que permite mediante la “comparación” discernir sobre la profundidad. Es por esta razón que existen innumerables juegos de engaños ópticos que recrean una experiencia figurativa y que al mirar nos parece que estamos viendo algo que no lo es, pero realmente el que interpreta ese “resultado esperado” es el cerebro, la imagen en si no tiene tal condición. La PERSPECTIVA, que durante muchos siglos en la historia del arte fue intuida por muchos artistas, no llegó a la profundidad de análisis que hoy le conferimos, hasta el siglo XV gracias a Filippo Brunelleschi, (Borden D. , Elzánowski J 2009, P168), quien descubrió observando que las líneas rectas en el paisaje urbano de Florencia convergían en un mismo punto. Dicho fenómeno era matemáticamente reproducible con gran precisión, y demostraba que un objeto mientras más cerca del observador se encuentra, mayor es su tamaño aparente con respecto al mismo, que se sitúe en una distancia mayor. El PARALELAJE es una comparativa, como bien su nombre lo dice, en planos paralelos respecto al movimiento del observador, el cual ve los planos próximos a él desplazarse horizontal o verticalmente(según cual sea el sentido de desplazamiento de éste) más rápido cuando más cerca están de él y más lento a medida que se alejan. Este efecto es posible apreciarlo durante un viaje en automóvil, ya que cuando miramos por la ventanilla vemos el costado del camino desplazarse a gran velocidad, mientras que a medida que alejamos la profundidad de la mirada, los elementos del paisaje se desplazan muy lentamente e incluso el fondo parece ser estático. Gracias a esta diferenciación en la velocidad aparente del desplazamiento de planos el cerebro interpreta una sensación de profundidad, que no es necesario que nos movamos tan rápido para que ello ocurra, solo vasta con el movimiento de cabeza de un lado al otro o simplemente con caminar. El SOMBREADO representa el fenómeno más simple de todos y es probablemente con el que estamos más familiarizados. Ya sabemos que vemos gracias a la luz, todo cuerpo opaco refleja luz y en diferentes longitudes de ondas, pero también, según el ángulo en que incide la luz a éste, reflejará más o menos luz en todo su contorno. Esto produce el primer tipo de sombra que se denomina la sombra propia, que consiste en las zonas de un objeto menos iluminadas con respecto al ángulo del observador. Luego este objeto dependiendo de cómo esté iluminado producirá otra sombra fuera de su contorno físico, la cual se denomina sombra arrojada. La realidad es que nuestro entorno se compone de estos dos tipos de sombras que vemos a cada instante en condiciones de luz, y que gracias a éstas, y por el “aprendizaje adquirido” nos entregan más información a cerca del objeto, que la que pueda obtenerse de el, sin que las tuviese. A modo de ejemplo: una esfera, si la iluminásemos de forma tal que no arrojase sombra alguna, para nuestros ojos sería una circunferencia o un disco, o si ubicáramos dos objetos, uno por delante del otro y colocásemos una luz direccional, tendríamos una comparativa de sobras arrojadas de modo que un objeto corte la sombra del otro y el más cercano a nosotros no lo haga, sabríamos entonces que el objeto que tiene su sombra completa está por delante, mientras que el otro se encuentra más atrás. Los ejemplos mencionados nos explican, primero la necesidad de las sombras propias, para poder entender el volumen de las cosas, (sin tocarla) y el segundo de cómo mediante un análisis básico de sombras podemos entender un ordenamiento de profundidad de los objetos.


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La ESTEREOPSIS, es el proceso más efectivo que tiene la visión humana para determinar la profundidad, es exclusiva de los animales superiores con los ojos frontales, que evolutivamente han requerido hacer movimientos de precisión para su subsistencia, tales como cazar o saltar de una rama a otra. La manera de cómo opera el sistema se explica mediante el siguiente ejemplo: si comparamos un objeto (punto A), que se refleja en las dos fóveas, con otro que no lo hace. Solo hay tres resultados para esta comparación, si un punto B se refleja hacia el mismo lado de las dos fóveas (derecha o izquierda) el punto B se ve como un punto equidistante o a la misma distancia de A con respeto al observador. Mientras que si esta imagen es reflejada hacia fuera de las dos fóveas (izquierda y derecha) el Punto B es más cercano que A, del mismo modo pero con una reflexión hacia adentro de las fóveas, el punto B se encuentra más alejado que A. Este proceso lo realiza la visión, constantemente y es tan rápido que ni siquiera nos percatamos de tal análisis mental, pero en definitiva nos da por resultado la sensación de que algo está más cerca que otro. Para que esto ocurra, es necesario que tengamos nuestros dos ojos en buen estado y sin problemas tales como estrabismo (síndrome del ojo desviado). A nivel interno, el Quiasma y Cuerpo Calloso, son los responsables de transferir la información proveniente de cada ojo, de un lado a otro de los hemisferios cerebrales, para finalmente ser interpretada en las diferentes zonas del cerebro involucradas en la visión. Si un individuo presenta problemas en estas partes por alguna enfermedad o contusión, lo más probable es que carezca del sentido de la estereopsis y sufra de la denominada “esteroceguera”, por lo que tendrá que adaptarse al mundo en profundidad con los tres fenómenos secundarios anteriormente explicados. La distribución de la información de cada ojo depende de configuración de los centros receptivos de las células ganglionares en la retina, éstas de distribuyen dejando la mitad derecha del ojo izquierdo de la retina, conectada con el núcleo geniculado del lado contrario (figura 15). Si lo comparamos con el sistema motriz, un movimiento de un brazo derecho depende del hemisferio cerebral izquierdo, en el caso de la visión no es tan exacto, ya que significaría que lo que vemos por el ojo derecho lo procesa el hemisferio izquierdo, cuando lo que realmente ocurre es que lo que vemos en el “campo visual” derecho, lo procesa el hemisferio izquierdo y viceversa. La región foveal al quedar ubicada en la zona que no se cruza de las células ganglionares, se procesa en el cerebro en el mismo lado de cada ojo, esto tiene su importancia, ya que obliga a los dos hemisferios a procesar la imagen foveal.


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FIGURA 15. Distribución de las fibras nerviosas de la retina hacia los núcleos geniculados.

El color. Ya hablamos que las células receptoras involucradas en el color son los conos, éstos se encuentran en nuestra retina y los hay de tres tipos. Esta categorización está relacionada de acuerdo a la sensibilidad ante la longitud de onda de la luz, a la cual estas células son más sensibles. La luz solar o luz blanca que nuestro sistema puede detectar como luz visible, fluctúa entre los 400 y 700 nanómetros. Los tres tipos de conos presentes en nuestra retina se reparten como un mosaico por toda ella, (con una concentración en la fóvea) estas células receptoras tienen sus picos de sensibilidad a los 430, 530 y 560 nanómetros, que aproximadamente representan a la luz azul, verde y roja respectivamente, digo aproximadamente porque en la realidad dichas longitudes de onda conforman la luz monocromática de los colores: violeta, azul verdoso y el amarillo verdoso. Físicamente estas células absorben por una reacción química, desencadenada por la incidencia de un fotón de luz y transmiten la información codificada a las células ganglionares, desde ahí son enviadas a través del nervio óptico a las diferentes regiones del cerebro donde son interpretadas como color. Aquí se inicia un proceso más bien biológico que trabaja en los diferentes escalones del proceso visual, donde las diferentes formas y contrastes de color, hacen que centros receptivos de diversos niveles se estimulen más o menos que otros.


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FIGURA 16. En esta figura llamada Mondrian (en honor a Piet Mondrian) vemos a la izquierda la monitorización de una célula registrada en el área V1 del cerebro. La cual responde de igual manera a los distintos estímulos de color. Mientras que a la derecha la monitorización se realizó en el Área V4, donde se cree que se encuentran los centros receptivos que influyen en el color, y el resultado es una mayor respuesta a los colores rojos y amarillos en comparación con los azules y verdes. (British Neuroscience Association, 2007. P20) Con esto quiero decir que el hecho de ver en color, no es producto únicamente de nuestros tres tipos de conos, si no que estos solo envían la información clasificada en color, luego al interior del cerebro se realiza el proceso de entendimiento y discriminación, donde también trabajan centros receptivos de centros ON y OFF al igual que a nivel de los CR de las células ganglionares, con la diferencia de que a este nivel ya no se interpretan las líneas y bordes, si no que los contrastes de colores complementarios.

FIGURA 17. Centros receptivos de las células en área V4 / FIGURA 18. Esquema de colores complementarios.


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CAPITULO IV Hipótesis 1. EL grupo mallas lineales, tiene mejor rendimiento visual a más corta distancia del usuario ante ella, esto se debe : a que es posible generar un reconocimiento de la información segmentada mientras la subdivisión parece no sobrepasar el tamaño de los campos receptores (de la retina) luego de este punto comienza a perderse la percepción de una imagen general y la fóvea solo identifica imágenes por separado y no como una imagen global. 2. El grupo mallas poligonales en una opacidad del 50%, mejora su rendimiento a medida que nos alejamos. Ya que el tamaño aparente de las obstrucciones no son demasiado grandes, para dificultar la visión. A diferencia con las mallas lineales, a esta distancia de alejamiento se entiende la imagen como un todo pese a la misma cantidad de obstrucciones, esto se debe a que gracias a los movimientos sacádicos podemos realizar con mayor naturalidad el seguimiento de imagen a través de las obstrucciones. 3. Al alejarse a una distancia superior a los seis o siete metros de la ventana , la imagen pierde considerablemente definición, esto se debe al alejamiento del usuario con el objetivo. Lo cual genera una disminución de la definición de la imagen en la fóvea. 4. Una celosía de un alto grado de eficiencia, debe ser aquella que permita obtener a través de ella información visual suficiente, cumplir con lo que se le exige en cuanto a protección solar y a la vez capte la mayor radiación posible.


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Metodología experimental. Ahora que ya tenemos una base informativa sobre los sistemas fotovoltaicos, la importancia de las celosías en la arquitectura y como trabaja el sentido visual, me propongo a demostrar ciertas interrogantes, formuladas bajo el concepto de hipótesis, mediante una demostración que constará de tres fases:

• Primero una fase experimental, por medio de una maqueta a escala que buscará establecer relaciones y comparaciones entre diferentes tipos de celosías presentes en la arquitectura y la distancia del observador ante ella.

• Después las celosías serán sometidas a una simulación por ordenador para

analizarlas según su capacidad de captación energética y control de asoleamiento.

• Finalmente se cotejarán ambos resultados con el fin de establecer un nivel de eficiencia respecto a estos dos parámetros.

Primera fase experimental: Maqueta a escala. Como bien lo expuse anteriormente en la justificación del tema, cuando realicé esta investigación para un trabajo del Máster, realicé fotografías dentro de una maqueta en la cual anteponía diferentes celosías. Llegué a la conclusión de que es posible cuantificar el grado de reconocimiento de imagen de fondo, pero con la desventaja de que se hace el análisis en una imagen 2D, lo cual nos aleja de la realidad que queremos mostrar. Primero porque nuestra visión es en 3D y segundo porque existen zonas en el campo visual que están dadas exclusivamente por nuestra visión binocular. Por ejemplo, cuando miramos a través de una ventana apegados al marco derecho, si hacemos el ejercicio de mirar con un solo ojo, veremos que el ojo izquierdo contendrá más información del paisaje exterior que el ojo derecho, esto porque su ángulo de barrido abarcará más paisaje que el izquierdo, que estará obstaculizado en parte por el marco derecho de la ventana. Pero cuando abrimos los dos ojos, pareciese que viésemos la misma cantidad de información que ve el ojo derecho, el marco derecho lo vemos un poco doble, pero no nos incomoda en nuestra visión, ya que estamos acostumbrados a ello, porque es lo que hacemos cuando miramos constantemente con nuestra visión binocular. Constantemente en el ejercicio de la visión, nos concentramos exclusivamente a la visión precisa, en el centro de nuestro campo visual donde la luz incide directamente en la fóvea. Esto hace que los elementos que se sitúen en la periferia le restemos importancia y muchas veces las obviamos, pasando a ser imágenes desenfocadas. En el caso de una celosía, es una trama regular que cubre todo nuestro campo visual, pero gracias al cristalino podemos cambiar la profundidad de nuestra visión y mirar la imagen de fondo restándole importancia a las obstrucciones que produce para nuestra visión. El problema que se origina para poder representar un ejercicio como este, ante una pantalla plana 2D, es que se pierden información valiosa de la imagen, esto ocurre porque gracias a nuestra visión binocular podemos percibir el mundo desde dos ángulos ligeramente distintos. Esto permite que en el momento en que nuestro cerebro recompone la imagen, la información


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procedente de ambos ojos, se superpone. Generando una imagen de mayor información que la que registra un lente de una cámara. Esto lo podemos diagramar con el siguiente ejemplo:

FIGURA 19. Esquema comparativo entre la visión y una cámara.

Una manera de corregir esta limitación es realizar fotos en estereopar , ya que representamos el ángulo visual de cada ojo como lo haría una persona al mirar por el experimento, y luego para que estos puedan ser interpretados en una pantalla se deberá usar un filtro que permita ver una imagen por un ojo y la otra por el otro. De este modo, estaríamos creando imágenes anaglíficas, que son las utilizadas en el Cine en 3D. Para llevar a cabo este experimento se elaboró una maqueta a escala 1 a 100 con las medidas estándar de una habitación (3mt de ancho por 3 de alto) la profundidad al ser una variable, se estableció dejarla del doble para proporcionar el contraste apropiado, pero con la posibilidad de alargarse si fuese necesario.

*

* Planos e imagen de elaboración propia.


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Dentro de la caja se desplaza una cámara fotográfica por un riel que marca las diferentes distancias en la cual se realizará una fotografía en esteropar, o sea se captarán dos imágenes una al lado de la otra, distanciadas por 5 cm. para posteriormente generar la imagen en 3D. Por un extremo de la caja donde se representa la ventana o hueco de la “habitación”, se antepondrán diferentes celosías de los dos grandes grupos ya descritos, y que irán de mayor a menor grado de opacidad. Se captarán cinco fotografías por cada estereopar, de menor a mayor tiempo de exposición para lograr una fotografía HDR, vale decir , diez fotos por cada distanciamiento, en un total de 5 ubicaciones; el primero a 10 cm del hueco de la ventana, y cuatro cada 15 cm de equidistancia uno del otro. Este ejercicio se repetirá para cada tipo de las celosías en estudio. La necesidad de reproducir imágenes HDR se genera por que mi intención es imitar lo más realísticamente posible a la visión humana, de este modo una imagen HDR es una imagen que superpone fotografías que van desde una menor hasta una mayor exposición, esta herramienta de representación, permite obtener fotos similares al contraste que ve el ojo humano. Las Celosías en estudio son las siguientes:

FIGURA20. Modelos de celosías grupos Malla Lineales (A) y Malla poligonales (B).


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FIGURA21. Medidas A, B y C para elaborar la celosía.

La imagen a evaluar está conformada por dos imágenes estereopares, la fotografía de la izquierda se filtró eliminándole el canal R (tricomacia RGB), lo que nos entrega una imagen azul-verdosa, esto significa que refleja solo las longitudes de ondas más cortas y medias del espectro solar visible. Mientras que la fotografía de la derecha se filtró eliminándole el canal G y B, por ende su aspecto es de color rojo, ya que solo emite longitudes de onda largas.

IMAGEN 16. Estereopar imagen de referencia del experimento.

Posteriormente se superponen ambas imágenes para crear la imagen anaglífica, que pude ser contemplada usando lentes de un filtro rojo para el ojo izquierdo y verde o azul para el derecho.

IMAGEN 17. Imagen 3D de referencia del experimento


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Resultados visuales. Se mostraron los resultados fotográficos a 23 personas, se les pidió que realizaran una valoración a cada tipo de celosía. Primero se les pidió que hicieran una comparación individual de cada celosía según su distanciamiento. Posteriormente se les solicitó que evaluaran por cada distanciamiento el rendimiento visual de cada celosía. Luego los resultados se promediaron para generar la siguiente tabla:

evaluación visual distancia desde observador a celosía tipos de celosía 10 cm 25 cm 40 cm 55 cm 70 cm 1-A 5 4,6 4,2 3,9 2,8 2-A 4,4 4,1 4 3,8 3 3-A 3,5 2,5 3,3 3,2 2,3 4-A 3,5 4 3 2,5 1,5 1-B 5 4,8 4,2 4 3 2-B 5 4,5 4,2 4 3,8 3-B 4,5 4,3 3,7 3,6 3 4-B 4,5 4,2 3,3 2,3 2

GRAFICOS DE EVALUACION VISUAL . (Eje Y evaluación, Eje X distanciamientos)

* * Tabla y gráficos de elaboración propia.


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Radiación y captación eléctrica. La otra parte de la experimentación consiste en analizar el comportamiento de estas celosías como elemento de captación fotovoltaica. Para ello, se representó las celosías en estudio, escaladas en plantillas de cubos que tienen un metro cuadrado por cada cara. Se modelaron en archivos .STL, que es un archivo convencional exportable a casi todos los programas que trabajan con modelos en 3D. Luego, fueron analizadas por el programa Heliodón 2.7. Estas plantillas vestían a un cubo sólido el cual se midió previamente sin recubrimientos para tener un patrón referencial.

FIGURA 21. Interfase programa Heliodón 2.7

FIGURA 22. Medición anual Barcelona, a la izquierda el cubo desnudo, derecha vestido con la celosía.


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Se midió en la localidad de Barcelona (41º23`N) y Santiago de Chile (33º 27`S). La decisión de que la medición fuese elaborada en dos localidades geográficas distintas, se debe a que, de esta manera es posible tener una comparación de eficiencia de las celosías como medidor de incidencia energética, en una latitud en específico y evitar tener tal interrogante una vez finalizada la experimentación. La medición de los cubos protegidos por las celosías obviamente sería un valor menor a la medición del cubo desnudo, este diferencial es el que se le asignó a la celosía como el valor de captación energética, medido en kWh/m2. (potencia acumulada en 1 hora en 1 m2) Los períodos de medición simulados establecían fechas de importancia en el calendario solar, como lo son: los solsticios de invierno y verano, los equinoccios, las cuatro estaciones del año, los meses con más y menos radiación y la radiación anual. Esto con el fin de graficar los valores arrojados para establecer un comportamiento tipo de cada celosía durante todo el año. Limitaciones y alcances de la simulación Las limitaciones del programa están sujetas a que solo realiza un cálculo teórico de la radiación solar directa, según la latitud geográfica y la altura sobre el nivel del mar. Considerando un cielo 100% despejado y obviando la radiación global. Lo cual en la realidad está lejos de que ello ocurra. Pero para este análisis, tales variables no son relevantes ya que mi intención es encontrar las razones de por qué un determinado tipo de celosía funciona mejor que otro ante un mismo escenario evaluativo. Bajo esta óptica, el programa cumple plenamente para lo que pretendo demostrar en este trabajo. Además de las condiciones de nubosidad, el resultado de esta simulación tiene más que ver con el comportamiento solar a una determinada latitud, que a un acercamiento numérico, ya que hay que mencionar que una célula fotovoltaica tiene un factor de rendimiento cerca del 15%, esto quiere decir que cada 100 vatios que recibimos del sol, solo se captan 15. Esto significa que al valor que se obtiene en este ejercicio, deberá restarle el factor de nubosidad y el factor de rendimiento. Las mediciones por estaciones, así como los meses de mayor y menor radiación están calculas utilizando, para ambas latitudes, la misma cantidad de días. Para evitar así que los resultados arrojasen diferencias que se atribuyan a esta razón. Por lo cual se estableció para los meses 30 días y las estaciones 91 días. Finalmente se decidió descartar la medición en la cubierta, ya que si bien representa una captación importante, carece de argumento en la comparativa visual, puesto que los usos y/o programas arquitectónicos que pretendo representar en este estudio, se enmarcan (como ya expliqué) en hoteles, hospitales y casas de reposo. Donde la comunicación visual con el exterior es hacia el paisaje en horizontal y no hacia el cielo.


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Resultados de la simulación. La comparación entre las dos latitudes, no refleja resultados interesantes, ya que la distribución de la radiación tanto en Barcelona como en Santiago de Chile presenta patrones similares. A continuación de se grafica la medición anual para Barcelona con las celosías del grupo mallas lineales y para Santiago de Chile, el grupo poligonal. La región azul indica la cantidad de radiación que es capaz de absorber cada diseño de celosía.

1-A 1-B

2-A 2-B

3-‐A 3-‐B

4-A 4-B

Barcelona (Lat. 41o 23`N ) Santiago de Chile (Lat. 33o 27`S)


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CAPITULO V

Conclusiones A continuación un resumen del comportamiento analizado de los ocho modelos en estudio:

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Se puede observar en el recuadro que la variable del grado de opacidad determina el comportamiento de las celosías, para un grado menor de opacidad las situaciones técnicas (protección solar y producción fotovoltaica) son las desfavorables, mientras que las visuales se ven favorecidas. De otro modo, en un grado mayor de opacidad (sobre el 50%) las situaciones técnicas son favorecidas mientras que la visual cercana se mantiene positiva no así a distancia media y lejana.

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La clasificación posicional me permite identificar gráficamente, un orden en función al comportamiento, regido por la variable de “nivel de opacidad” y como afecta a las tres “consecuencias” ubicadas en la parte superior, derecha e izquierda. Aquí se deja de lado la

3 Tabla de elaboración propia. 4 Grafico de elaboración propia.


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variable de distancia, ya que establecer dos variables supone un cruce erróneo de la lectura del gráfico.

La gráfica de rendimiento por distancia representa los resultados obtenidos en la experimentación de evaluación visual y se establecen los usos más apropiados en función a la variable de “distancia del observador”. Habiendo analizado el comportamiento general de las ocho celosías en estudio involucrando dos variables; distanciamiento del usuario y grado de opacidad, ambas con distintas consecuencias y usos más favorables, puedo concluir lo siguiente:

• Haciendo una comparativa visual, en los niveles de baja opacidad, las celosías del grupo mallas tienen un mejor comportamiento visual que las poligonales. Debido a que independiente de la distancia, es posible realizar una recomposición de la imagen global obviando las obstrucciones generadas por la celosía.

• El comportamiento visual entre una celosía del grupo lineal y otra

poligonal en un nivel de opacidad alto (3 o 4) se ve una clara superioridad de las poligonales, esto se debe a que este tipo de configuración permite un mejor trabajo de la estereosis. A este nivel de opacidad, el grupo de las primeras, subdividen la imagen de fondo en pequeños fragmentos, donde llega un punto, a medida que nos alejamos, donde es imposible reconocer la imagen global. Mientras que el grupo de las segundas, permiten realizar constantemente comparaciones horizontales entre los objeto pertenecientes a la imagen de fondo, aún teniendo un alto grado de opacidad.


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Los pequeños agujeros formados por las celosías lineales paralelizan la luz exterior a la altura del plano horizontal del observador, esto genera que lo que miramos a través de ella sea de menor información visual y de peor calidad.

Mientras que para las segundas, teniendo el mismo nivel de opacidad la luz que atraviesa el paramento a la altura del plano horizontal del observador, lo hace formando un abanico que incide en las dos retinas, esto permite que podamos realzar comparaciones de tamaños, profundidad y forma. Por ende es una información visual de mayor calidad en comparación con la anterior.

• El análisis en este grado de opacidad es importante, porque son

finalmente los niveles de opacidad que trabajan las celosías fotovoltaicas en el estado del arte, esto se debe a que su implementación requiere de un gasto económico elevado, que debe ser amortizado por la captación. Es por ello que establecer una superioridad visual interior, de un tipo y del otro, tiene una gran utilidad a la hora de pensar en diseñar un sistema de celosía fotovoltaica para una fachada.

• De acuerdo a lo anterior, son más efectivas para generar un sistema de

celosía de captación fotovoltaica las mallas poligonales, porque brindan mejores prestaciones visuales amortizando en un tiempo menor la inversión que significa su implementación, a lo que lo haría su opuesto (malla lineal) en las mismas condiciones de opacidad.


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Referencias. Agüero León, R (2009) El Balcón y la Celosía, elementos de confort lumínico y térmico de la ciudad de Lima. Tesis para optar al grado de Máster. Barcelona. Departamento de Construcciones Arquitectónicas I de la UPC. Alcor Cabrerizo, Enrique (2002) Instalaciones Solares Fotovoltaicas, Sevilla España, Edit. Progensa. British Neuroscience Association European Dana Alliance for the Brain (2007) “Science of the Brain” [PDF] [En Línea] http://www.braincampaign.org/Common/Docs/Files/2786/spchap6.pdf [acceso el día 15 de Julio del 2013] Borden D. , Elzánowski J. , Lawrenz C. , Miller D. (2009) la Historia de la Arquitectura. Barcelona. Blume Edition. Título original :Architecture A World History. Claudio Guillén (1998) Múltiples Moradas. Barcelona, Edit Tus.quet . p. 98-‐176. Delgado Barragán, José Elías (2003) La representación Neurológica ,fundamentos Neurales De la Función Visual, Tesis de Máster Optometría y Entrenamiento visual. [En Línea] http://www.fundacionvisioncoi.es/trabajos%20investigacion%20COI/2/fundamentos%20neuronales.pdf [acceso el día 06 de Julio del 2013] Dirección General de Industria, Energía y Minas de la Consejería de Economía y Hacienda y la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid.(2009) “Guía de Integración Fotovoltaica” Comunidad de Madrid [En Línea] disponible desde el 08 de Octubre 2009, en www.Madrid.org. [acceso el 15 de Agosto del 2013.] Hubel, David H., (2000) Ojo, Cerebro y Visión. 2a edición. Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones. Titulo original Eye, Brain And Vision, publicado originalmente por W.H Freeman And Company, New York. Lam M. C William (1986) Sunlighting As Formgiver for Architecture. New York: Van Nostrand Reinhold Company. Mandalaki M. , Zervas K. , Tsoutsos T. y Vazakas A. (2012) “Assessment of fixed shading devices with integrated PV for efficient energy use” ScienceDirect, ELSEVIER [En Línea] disponible desde el 3 de julio del 2012, en www.sciencedirect.com [acceso el día 01 de Junio del 2013] Olgyay, Víctor, (1963) Design With Climate, Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism.3ª edición. New Jersey. Princeton University Press. P.36 Sagi D. (2010) “Perceptual learning in Vision Research” ScienceDirect, ELSEVIER [En Línea] disponible desde el 23 de Octubre del 2012, en www.sciencedirect.com [acceso el día 05 de Junio del 2013] Serra Florensa, Rafael; Coch Roura, Helena. (1995) Arquitectura y Energía Natural. Barcelona: Ediciones UPC, Tobajas Vásquez, Carlos (2008) Energía solar Fotovoltaica 3ª edición. España. Cano Pina, S. L.-‐ Ediciones Ceysa. Universidad de Córdoba, (1999) Visiones del Paisaje, Actas del Congreso Visiones del Paisajes, Priego de Córdoba , noviembre de 1997) Córdoba, Servicio de Publicaciones De la Universidad de Córdoba. Uriarte Otazua, U (2011) Sistema de Control de Iluminación en la Arquitectura y su Comportamiento Energético. Tesis para optar al grado de Máster. Barcelona. Departamento de Construcciones Arquitectónicas I de la UPC.


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Figuras e Imágenes. Figuras:

1-‐ Esquemas de variables del experimento visual. Pág. 7.

2-‐ Esquema de grupos de celosías. Pág. 9.

3- Sección de una fachada ventilada. Pág. 11. “Guía de Integración Fotovoltaica” Comunidad de Madrid [En Línea] disponible desde el 08 de Octubre 2009, en www.Madrid.org. P 30.

4- Detalles de la estructura y los fijadores de la Fachada Fotovoltaica Pág. 13.

“Guía de Integración Fotovoltaica” Comunidad de Madrid [En Línea] disponible desde el 08 de Octubre 2009, en www.Madrid.org. P 32.

5- Detalles de la estructura y los fijadores de la Fachada Fotovoltaica Pág. 14.

“Guía de Integración Fotovoltaica” Comunidad de Madrid [En Línea] disponible desde el 08 de Octubre 2009, en www.Madrid.org.

6- Esquema unión p-n de una célula de Silicio monocristalino. Pág. 16.

Ángel granado (2009) “mediciones industriales”, [En Línea] http://granadoangel.blogspot.com.es/2009/02/asignacion-3.html [acceso el día 15 de Agosto del 2013]

7- El ojo humano Pág. 19. Hubel, David H., (2000) Ojo, Cerebro y Visión. 2a edición.

Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones. P 34.

8- Detalle células de la Retina. Pág. 19. Hubel, David H., (2000) Ojo, Cerebro y Visión. 2a edición. Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones. P 37.

9- Campo visual horizontal Pág. 22.

10- Esquema de campo visual realizado por descartes. Pág. 22.

Naso, Claudio (2005)Óptica geométrica[En línea] www.cam.educaciondigital.net+/fisica/apuntes/optica.pdf [descargado el 25 de Agosto de 2013. P 28]

11- Representación Campo visual horizontal Pág. 22.

12- Rotulación sistema visual primario. Pág. 23

Delgado Barragán, José Elías (2003) La representación Neurológica ,fundamentos Neurales De la Función Visual, Tesis de Máster Optometría y Entrenamiento visual. [En Línea] http://www.fundacionvisioncoi.es/trabajos%20investigacion%20COI/2/fundamentos%20neuronales.pdf [acceso el día 06 de Julio del 2013] P 16.

13- Representación de los campos receptivos de las células ganglionares. Pág. 24

Hubel, David H., (2000) Ojo, Cerebro y Visión. 2a edición. Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones. P 44.

14- Funciones de las áreas cerebrales que intervienen en la visión. Pág. 25.

Delgado Barragán, José Elías (2003) La representación Neurológica ,fundamentos Neurales De la Función Visual, Tesis de Máster Optometría y Entrenamiento visual. [En Línea] http://www.fundacionvisioncoi.es/trabajos%20investigacion%20COI/2/fundamentos%


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20neuronales.pdf [acceso el día 06 de Julio del 2013] P 33. 15- Distribución de las fibras nerviosas de la retina. Pág. 28.

Hubel, David H., (2000) Ojo, Cerebro y Visión. 2a edición. Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones. P 60.

16- Experimento de Mondrian. Pág. 29. British Neuroscience Association European Dana

Alliance for the Brain (2007) “Science of the Brain” [PDF] [En Línea] http://www.braincampaign.org/Common/Docs/Files/2786/spchap6.pdf [acceso el día 15 de Julio del 2013] P20.

17- Centros receptivos de las células en área V4 Pág. 29. Hubel, David H., (2000) Ojo,

Cerebro y Visión. 2a edición. Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones. P 180.

18- Esquema comparativo entre la visión y una cámara. Pág. 32.

Imágenes:

1- Hotel Hospes Palacio los Patos de Granada. Pág. 17 Claramunt ,X. Ezquerro M, (2007) Pasajes Construcción. Valencia, Edit. América Ibérica N0 28. P 30-‐32-‐40.

2- Imagen 2. Pág. 10. Gentileza Helena Coch, (colección personal Taj Mahal, India).



5- Imagen 5. Pág. 10 Gentileza Isabel Crespo (Colección personal LaRicarda, Barcelona)

6- Imagen 6. Pág. 10 Gentileza Isabel Crespo (Colección personal LaRicarda, Barcelona)

7- Instalación Fv. Casa de la Juventud, San Sebastian Pág. 11.Dirección General de

Industria, Energía y Minas de la Consejería de Economía y Hacienda y la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid.(2009) “Guía de Integración Fotovoltaica” Comunidad de Madrid [En Línea] disponible desde el 08 de Octubre 2009, en www.Madrid.org.[acceso el 15 de Agosto del 2013.] P 29.

8- Detalles de la estructura y los fijadores de la Fachada Fotovoltaica Verde de

Tubingen (Alemania). Pág. 12. Dirección General de Industria, Energía y Minas de la Consejería de Economía y Hacienda y la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid.(2009) “Guía de Integración Fotovoltaica” Comunidad de Madrid [En Línea] disponible desde el 08 de Octubre 2009, en www.Madrid.org.[acceso el 15 de Agosto del 2013.] P 31.





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12- Celosías fotovoltaicas de Grandhermetic Pág. 14. Catalogo Técnico de GRADPANEL

LIGHTING PHOTOVOLTAIC, P 2

13- Celosías fotovoltaicas de Grandhermetic Pág. 14.. Catalogo Técnico de GRADPANEL LIGHTING PHOTOVOLTAIC, P 6.

14- Imagen célula fotovoltaica Pág. 15 Alcor Cabrerizo, Enrique (2002) Instalaciones

Solares Fotovoltaicas, Sevilla España, Edit. Progensa P 11.

15- Imagen célula fotovoltaica Pág. 15 Alcor Cabrerizo, Enrique (2002) Instalaciones Solares Fotovoltaicas, Sevilla España, Edit. Progensa P 14.

16- Movimientos sacádicos de la visión. Pág. 21. Hubel, David H., (2000) Ojo, Cerebro y

Visión. 2a edición. Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones. P 44.


46

Anexos. Evaluación de las diferentes celosías con imágenes de estereopar HRD. Celosía tipo 1-A. tomada a 10cm. de la ventana.

Celosía tipo 1-A tomada a 25cm. de la ventana.


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Evaluación de las diferentes celosías con imágenes de estereopar HRD. Celosía tipo 1-A. tomada a 55cm. de la ventana.

Celosía tipo 1-A. tomada a 70cm. de la ventana.


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Celosía tipo 4-A. tomada a 25 cm. de la ventana.


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Evaluación de las diferentes celosías con imágenes de estereopar HRD. Celosía tipo 1-B. tomada a 10cm. de la ventana.

Celosía tipo 1-B. tomada a 40cm. de la ventana.


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62

RESULTADOS DE LA MEDICION MEDIANTE SIMULACIÓN Grupo Mallas Lineales. Periodo de medición: solsticio de verano e invierno y equinoccios de primavera y otoño.

Celosía tipo 1-A

Celosía tipo 2-A

Celosía tipo 3-A

Celosía tipo 4-A

Barcelona (Lat. 41o 23`N ) Santiago de Chile (Lat. 33o 27`S)


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Grupo Mallas Lineales. Periodo de medición: 3 meses de verano, invierno, primavera y otoño.

Celosía tipo 1-A

Celosía tipo 2-A

Celosía tipo 3-A

Celosía tipo 4-A

Barcelona (Lat. 41o 23`N) Santiago de Chile (Lat. 33o 27`S)


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Grupo Mallas Lineales. Periodo de medición: mes de mayor radiación y mes de menor radiación.

Celosía tipo 1-A

Celosía tipo 2-A

Celosía tipo 3-A

Celosía tipo 4-A



65

Grupo Mallas Poligonales. Periodo de medición: solsticio de verano e invierno y equinoccios de primavera y otoño.

Celosía tipo 1-B

Celosía tipo 2-B

Celosía tipo 3-B

Celosía tipo 4-B



66

Grupo Mallas Poligonales. Periodo de medición: 3 meses de verano, invierno, primavera y otoño.

Celosía tipo 1-B

Celosía tipo 2-B

Celosía tipo 3-B

Celosía tipo 4-B



67

Grupo Mallas Poligonales. Periodo de medición: mes de mayor radiación y mes de menor radiación.

Celosía tipo 1-B

Celosía tipo 2-B

Celosía tipo 3-B

Celosía tipo 4-B



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Medición anual, 356 días. Grupo Mallas tipo A e Isotrópicas tipo B.

Barcelona (Lat. 41o 23`N)

Santiago de Chile (Lat. 33o 27`S)

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Análisis Visual y Energético de las Celosías Fotovoltaicas ...como elementos de protección...

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