06 juan carlos contreras carrillo - upco2 · 2016. 7. 1. · juan c. contreras carrillo arquitecto....

OTOÑO 2010

MÁSTER EN ARQUITECTURA ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTEUNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA

UPCO2UPCO2C A L I D A D I N T E R I O R D E L A I R EC A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

MÁSTER EN ARQUITECTURA ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTEUNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA

UPCO2UPCO2C A L I D A D I N T E R I O R D E L A I R EC A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

M E T O D O L O G Í A P A R A E S T A B L E C E RL O S C R I T E R I O S D E R E N O V A C I Ó N D E LL O S C R I T E R I O S D E R E N O V A C I Ó N D E LA I R E E N E L I N T E R I O R D E U N A U L AA S O C I A D O A L A C O N C E N T R A C I Ó N D EC O 2 E M I T I D O P O R S U S O C U P A N T E SC O 2 E M I T I D O P O R S U S O C U P A N T E SS E G Ú N S U A C T I V I D A D .

UPCO2UPCO2C A L I D A D I N T E R I O R D E L A I R EC A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

Presentación de tesina

JUAN C. CONTRERAS CARRILLOarquitecto

UPCO2UPCO2C A L I D A D I N T E R I O R D E L A I R EC A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

Dirección de tesina

ALBERT CUCHI BURGOSPh.D.

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11 ANTECEDENTES

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1.1 Calidad del ambiente1.1 Calidad del ambiente interior

1.2 Calidad del aire interiorinterior

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Calidad del 

ambiente interior

BIENESTAR

Calidad d l idel aire interior

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FísicosFísicos

1.1.1 Calidad del ambiente interior

Se define como calidadtotal del ambiente

PERSONAS QuímicosSociales y Culturales

total del ambiente,bienestar o conforttotal al conjunto de:

Factores ergonómicosque se refieren a la

Biológicos

calidad del ambientetérmico, aire interior,ambiente acústico yg yambiente luminoso.

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1.1.1 Calidad del ambiente interior

En un aula de estudio laió d l bi tconcepción del ambiente

interior debe de ser tal losfactores mencionados noperturben la salud de losalumnos, ni su capacidad deaprendizaje.

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1.1.1 Calidad del ambiente interior

En un aula de estudio laió d l bi tconcepción del ambiente

interior debe de ser tal losfactores mencionados noperturben la salud de losalumnos, ni su capacidad deaprendizaje.

EQUILIBRIO

1.1.1.1 PRINCIPALES PARAMETROSCALIDAD DEL AMBIENTE INTERIOR

Factores espacialesVolumenForma

Factores constructivosCancelerías

Factores físicosTemperatura

Humedad

Factor de estudio 1CO2

FormaOcupación

Rendijas

Variables dependientes

HumedadVelocidad del viento Factor de estudio 2

Renovación de aireInfiltraciones

Comportamiento del espacio

Renovación de aireInfiltración

Medición de parámetros

Variables dependientesCONFORT

CALIDAD DEL AIRE

HOMBREFactores personales

MetabolismoVestimentaActividad

SexoEdadPeso

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Se puede definir como el

1.1.2 Calidad del aire interiorSe puede de co o ebienestar o malestar al quelas personas están expuestasal inhalar el aire en el interioral inhalar el aire en el interiorde un edificio pudiendo serde este de calidad alta opobre según los síntomas quepobre según los síntomas quesus ocupantes presenten.En la practica se pide que el

d á daire que se respira además deno presentar un peligro parala salud, resulte fresco yagradable.

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Los ocupantes de determinados

1.1.2 Calidad del aire interioros ocupa es de de e adosedificios relacionan sus problemasde salud y bienestar con el periodode permanencia en los mismos y losde permanencia en los mismos y losatribuyen a la contaminación delaire, ya sea química omicrobiológica a falta de confortmicrobiológica, a falta de confort(condiciones termohigrométricasinadecuadas) o a la existencia def fí dfactores físicos, como ruido oiluminación incorrecta.

Los habitantes de las ciudades pasan entre un 80 y un 90 % de su tiempo en interiores Fuente: Enciclopedia90 % de su tiempo en interiores. Fuente: Enciclopedia de la salud 45.

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1.1.1.2 Concepción del bienestar

En la actualidad el conceptod l d t i l d l dde salud esta vinculado al deBIENESTAR, y esto significaque las personas no solodeben estar bien, si no quedeben sentirse bien.

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1.1.1.2 Concepción del bienestar

En la actualidad el conceptod l d t i l d l dde salud esta vinculado al deBIENESTAR, y esto significaque las personas no solodeben estar bien, si no quedeben sentirse bien.

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1.2 Contaminantes del aire interior

Diagrama de una edificio en donde se muestran los principales contaminantes. Fuente: Enciclopedia de la salud 44.

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FUENTES  CONTAMINANTES

ENFOQUE DE ESTUDIO 

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1 21.2 DIOXIDO DE CARBONO (CO2)

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1 21.2 DIOXIDO DE CARBONO (CO2)

El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro que se forma en todos aquellos procesos en que tiene lugar la combustión de sustancias que contienen carbono. En ambientes interiores no industriales sus principales p pfocos son la respiración humana y el fumar.

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DIOXIDO DE CARBONO (CO2)

La concentración de dióxido de carbono en un ambiente interior puedeaportar información sobre distintos aspectos y circunstancias de unedificio tales como posibilidad de efectos sobre la salud de sus ocupantes,p p ,correlación con problemas y quejas por olor o como dato para estudiar laventilación de un local.

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1 2 21.2.2 EL CO2 Y LA SALUD

El CO es un asfixiante simple que actúa básicamente por desplazamientoEl CO2 es un asfixiante simple que actúa básicamente por desplazamientodel oxígeno y que a elevadas concentraciones puede causar dolor decabeza, mareos, somnolencia, perdida de atención y problemas

d d d d l ó d l d ó d lrespiratorios, dependiendo de la concentración y de la duración de laexposición. Es el aire exterior se encuentra habitualmente a niveles entre300 y 400 ppm.

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1 31.3 NORMATIVA

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22PLANTEAMIENTO DEL

PROBLEMAPROBLEMA

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2 1 Planteamiento del problema2.1 Planteamiento del problema.

HIPOTESIS: Las concentraciones de dióxido de carbono en elinterior de las aulas de la ETSAV, producto de la respiración delos alumnos, exceden los límites recomendados por RITE, lo

i fl l l lid d d l i i P lque influye en la mala calidad del aire que se respira. Por elcontrario, si las concentraciones de dióxido de carbono noexceden las concentraciones recomendadas por RITE las aulasexceden las concentraciones recomendadas por RITE, las aulasno tienen problemas de calidad de aire interior.

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2.2 Objetivo general

Diseñar una metodología que permita conocer elt i t d l Dió id d b l i t i dcomportamiento del Dióxido de carbono en el interior de un

aula para establecer las condiciones de uso en relación a suocupación y tiempo de permanencia en la misma comoocupación y tiempo de permanencia en la misma comoestrategia para evitar la concentración de dicho gas.

UPCO22 3C A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E 2.3

Alcances

Cuantificar las concentraciones CO2 en el interior de un aula, con respectoa las concentraciones en el exterior de ésta y según la normativa.

Cuantificar el CO2 emitido por los usuarios, en relación a su actividad ymetabolismo.

Establecer el tiempo de permanencia en el interior de un aula en relacióna la concentración de CO2 y el tiempo de renovación de aire según elnúmero de personas.

Establecer guías para la renovación del aire y otros parámetrosg p y parquitectónicos, para considerar en el diseño interior de futuras aulas deestudio, con la finalidad de propiciar un ambiente interior de calidad.

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3 METODOLOGÍA

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Q di ?¿ Que medir ?

¿ Como medir ?¿ Como medir ?

¿ Dónde medir ?¿

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¿ Que medir ?

Medida experimental de las pérdidas por infiltración aplicada a un aula.

Se analizara el comportamiento del CO2 mediante su inyección constanteinyección constante.

Se analizara el comportamiento del CO2 al termino de la pinyección mediante la caída de la concentración.

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¿ Como medir ?

EQUIPOS DE EXPERIMENTACIÓNEQUIPOS DE EXPERIMENTACIÓN

Cilindro VCO2 con 540 ggas trazador

Válvula reguladora y válvula solenoide.

Medidor de CO2

TESTO 435.

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¿ Como medir ?

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Ubicar los equipos de muestreo en los puntos de

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

interés que estén localizados a 3 m de la pared quecolinda con el exterior (cancelería) y a 1.2 m de altura.

2. Acto seguido verificar que el espacio experimental seencuentre en las condiciones más desfavorables para supestudio (puertas y ventanas completamente cerradas).

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¿ Como medir ?

3. Registrar los niveles de concentración de dióxido decarbono en el exterior (ppm).

4. Suministrar el gas en el aula empleando para ello uncilindro VCO2 de 540gr de CO2 con un regulador deg gpresión de CO2 de alta precisión y una válvula solenoidecon una salida de 6mm de diámetro, ambos equiposd ñ d íf ddiseñados específicamente para uso avanzado enacuarios.

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¿ Como medir ?

5. Salir del espacio experimental cerrando la puerta deacceso principal en un tiempo menor al minuto ent d ltodos los casos

6. Simultáneamente y para garantizar la mezcla6. Simultáneamente y para garantizar la mezclauniforme del gas con el aire del aula, durante todo elproceso de distribución, mantener cerrada el auladurante el tiempo de observación.

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¿ Como medir ?

7. A concluir el periodo de medición de 24 hrs comodato último se registro la concentración de CO2 en elt i ( )exterior (ppm).

8. Descargar los datos al ordenador mediante el8. Descargar los datos al ordenador mediante elsoftware indicado.

9. Desmontar los equipos de experimentación.

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¿ Dónde medir ?DISPOSITIVO EXPERIMENTAL

Se realizaron 2 ensayos con el fin de determinar la tasade intercambio de aire, utilizando la técnica dede intercambio de aire, utilizando la técnica deinyección constante y el descenso de la concentracióndel gas trazador en dos aulas de 250m3 y 370m3 devolumen respectivamente localizadas en la ETSAV (SantCugat del Valles)..

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¿ Dónde medir ?DISPOSITIVO EXPERIMENTAL

AULA TIPO VOLUMEN (m3)CAPACIDAD

N°personasORIENTACIÓN

TEORICA 4 – T4 250 66 N

TEORICA 2 – T2 370 126 N

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¿ Dónde medir ?MODELO DE AULA (planta y sección)

UPCO2AULA A B C D

TIPOALTURA DE LA

FUENTE (m)

ALTURA (m) DEL

MEDIDOR CO2

DISTANCIA ENTRE

AMBAS (m)

DISTANCIA DE LOS

MUROS

LATERALES

C A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

TEORICA 41,40 1,20 7,00

3,90

1,40 1,20 10,00TEORICA 2

, , ,4,30

UBICACIÓN DE LOS EQUIPOS.

UBICACIÓN DE LOSUPCO2 UBICACIÓN DE LOS EQUIPOS.

C A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

AA

Cilindro VCO2 con 540 g

B

Medidor de CO2 TESTO 435.

REGISTRO DE PROCESO.UPCO2 REGISTRO DE PROCESO.C A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

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TRATAMIENTO DE DATOS

Una vez obtenidos los datos experimentales se utilizó elprograma Testo Confort Software X35 para su descarga(figura 3) y posteriormente una hoja de cálculo(Microsoft Excel v.7.0) para su procesamientobt ié d d l l dobteniéndose en cada ensayo los valores de

concentración de CO2, temperatura, humedad ypresiónpresión.

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TRATAMIENTO DE DATOSPosteriormente se estableció la ecuación para calcular laPosteriormente se estableció la ecuación para calcular larazón de cambio de CO2 en el interior con respecto a laconcentración exterior, para esto se analizó la caída dela concentración y la emisión constante del gas trazador.

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TRATAMIENTO DE DATOS

T1

donde:

VCO2 l l d CO2 i l iVCO2 = es el volumen de CO2 si el espacio fuera estanco.t1 = VCO22 ó f l

T0 T2t2 = Concentración final CO2t0 = Concentración exterior CO2

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TRATAMIENTO DE DATOS

T1

donde:

V = es el volument1 = Concentración inicial CO2t2 = Concentración final CO2t2  Concentración final CO2t0 = Concentración exterior CO2

T0 T2

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RESULTADOSLos ensayos experimentales han permitido obtener laecuación de la tasa de renovación del aire porinfiltración en función a la concentración de partículaspor millón (ppm) de CO2 en el interior del aula, esto con

t l i ió t t d CO2 l íd drespecto a la inyección constante de CO2 y a la caída dela concentración del mismo.

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CASO DE ESTUDIO 1 : aula T4

T1

donde:

VCO2 l l d CO2 i l iVCO2 = es el volumen de CO2 si el espacio fuera estanco.t1 = VCO22 ó f l

T0 T2t2 = Concentración final CO2t0 = Concentración exterior CO2

T0 = Concentración de CO2 en el exterior (balance con el interior).( )

T1 = Concentración de CO2 si no existiera infiltración. (calculo matemático).

T2 = Concentración de CO2 real (con perdidas por infiltración).

CASO DE ESTUDIO 1 : aula T2

T0 = Concentración de CO2 en el exterior (balance con el interior).T1 = Concentración de CO2 si no existiera infiltración. (calculo matemático).T2 = Concentración de CO2 real (con perdidas por infiltración).

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CASO DE ESTUDIO 2 : aula T4

T1

donde:

V = es el volument1 = Concentración inicial CO2t2 = Concentración final CO2t2  Concentración final CO2t0 = Concentración exterior CO2

T0 T2

CASO DE ESTUDIO 2 : aula T4

T0 = Concentración de CO2 en el exterior (balance con el interior).T1 = Nivel máximo alcanzado de CO2. T2 = Nivel mínimo alcanzado de CO2. (estado de equilibrio)

CASO DE ESTUDIO 2 : aula T2

T0 = Concentración de CO2 en el exterior (balance con el interior).T1 = Nivel máximo alcanzado de CO2. T2 = Nivel mínimo alcanzado de CO2. (estado de equilibrio)

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OBJETIVO PLANTEADO

Diseñar una metodología que permita conocer elt i t d l Dió id d b l i t i dcomportamiento del Dióxido de carbono en el interior de un

aula para establecer las condiciones de uso en relación a suocupación y tiempo de permanencia en la misma comoocupación y tiempo de permanencia en la misma comoestrategia para evitar la concentración de dicho gas.

RITE

ASHRAE

ASHRAE

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CONCLUSIONES DE LOS RESULTADOSCONCLUSIONES DE LOS RESULTADOS

En base a los resultados obtenidos se pudo determinar:En base a los resultados obtenidos se pudo determinar:

1.‐ Que las perdidas por renovación del aire en el interior dep plas aulas en la situación más desfavorable (puertas, ventanas tcortinas cerradas) en el método de la inyección constante está

d b j d 1 ió h l l lpor debajo de 1 renovación.h, por lo que no se cumple lafunción de evitar que el CO2 que producen sus ocupantes seconcentre en niveles que exceden lo optimo según laconcentre en niveles que exceden lo optimo según lanormativa de 500 ppm sobre la concentración exterior (RITE).

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2.‐ Que la renovación de aire en el interior de las aulas en lasituación más desfavorable (puertas, ventanas t cortinascerradas) en el método de la caída de la concentración del CO2está por debajo de 1 renovación.h, sin embargo por el tiempode reposo del gas los niveles en el interior de las 2 aulas sede reposo del gas los niveles en el interior de las 2 aulas seestabilizaron hasta alcanzar el equilibrio (interior‐exterior) enun periodo de tiempo de 6 a 10 hrs según el volumen de lasp p gmismas, por lo que cumple la función de evitar que laconcentración de CO2 producida el día anterior por susocupantes permanezca en el interior.

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CONCLUSIONES DE LA TÉCNICACONCLUSIONES DE LA TÉCNICA

En base al ensayo realizado en las aulas T4 y T2 de la ETSAV seEn base al ensayo realizado en las aulas T4 y T2 de la ETSAV seconcluye lo siguiente:

1.‐ Los cilindros VCO2 elegidos para el suministro del gas, al serde un tamaño moderado pero muy práctico en su uso, nof fi i l d CO2 li d l lfueron suficientes las cargas de CO2 aplicadas en las aulas, porlo que se deberá de reconsiderar nuevamente uso para lossiguientes ensayos o bien incorporar más cilindros parasiguientes ensayos o bien incorporar más cilindros paraobtener un resultado más objetivo.

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2.‐ De igual manera al contar con un solo medidor de CO2, y al estar este situado a un distancia promedio de 9 mts en relación pa la fuente, no nos podemos basar en los resultados obtenidos más que como solo una aproximación al problema.

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GRACIASGRACIAS

UPCO2ANEXOS

C A L I D A D   I N T E R I O R   D E L   A I R E

ÉMÉTODO PARA DETERMINAR EL CAUDAL POR MINUTO, DE LA FUENTE (CILINDRO V2 CON 567G DE CO2 COMPRIMIDO)

EXPERIMETO 1

1.‐ Se llenaron 24 globos (mismo tamaño) con CO2.2.‐ El tiempo de suministro del gas fue de un minuto.3 ‐ Se pesaron los globos con el CO2 en el interior3. Se pesaron los globos con el CO2 en el interior.4.‐ Se metió al Excel y se determino el caudal medio por minuto.5.‐ Resultado 4,2 gCO2/min.

UPCO2ANEXOS

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UPCO2ANEXOS

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ÉMÉTODO PARA DETERMINAR EL CAUDAL POR MINUTO, DE LA FUENTE (CILINDRO V2 CON 567G DE CO2 COMPRIMIDO)

EXPERIMETO 1

1.‐ Se suministro CO2 a una pelota de plástico.p p2.‐ El tiempo de llenado fue de 2 minutos.3.‐ Se midió el diámetro de la esfera y se saco el volumen (0,0060m3).4 ‐ Se peso le pelota con el gas en su interior4. Se peso le pelota con el gas en su interior.5.‐ Resultado 4,5 gCO2/min. – 4500mg/.0060m3 – 750.000 g/m3

ANEXOS

MÉTODO PARA DETERMINAR EL CAUDAL POR MINUTO DE LAMÉTODO PARA DETERMINAR EL CAUDAL POR MINUTO, DE LA FUENTE (CILINDRO V2 CON 567G DE CO2 COMPRIMIDO)

EXPERIMENTO 3 (Suministro de CO2 en una habitación)EXPERIMENTO 3 (Suministro de CO2 en una habitación)1.‐ Se sellaron las rendijas de puertas y ventanas de una habitación.2.‐ Se suministro CO2 en una habitación de 22,03 m33 El i d i i d CO2 f d 5 i3.‐ El tiempo de suministro de CO2 fue de 5 minutos.4.‐ Se midió la concentración de CO2 (ppm) antes y después del suministro de 5 min. 5.‐ Se tomaron mediciones durante 10 min después del suministro de CO2 como tiempo para la estabilización del gas.6.‐ Los resultados fueron los siguientes:gC1.‐ Concentración inicial de CO2 = 643 ppm (en la habitación antes del suministro)C2.‐ Concentración final de CO2 = 1847 ppm (10min después delC2. Concentración final de CO2     1847 ppm (10min después del suministro).CT.‐ Concentración total de CO2 = C2 – C1 = 1847 – 643 = 1204  ppm

ANEXOS

MÉTODO PARA DETERMINAR EL CAUDAL POR MINUTO, DE LA FUENTE (CILINDRO V2 CON 567G DE CO2 COMPRIMIDO)FUENTE (CILINDRO V2 CON 567G DE CO2 COMPRIMIDO)

9.‐ Conclusión:(Existe una diferencia entre las mediciones de 183 ppm (1204ppm –

1021ppm), esta diferencia se debe a que en el interior de la habitación me encontraba yo, que controlaba el equipo de medición y de suministro del gas, cabe mencionar que no he podido aun sacar un valor para determinar mi aportación debido a que al estar encerrado en un espacio pequeño y expuesto al CO2 mi respiración la sentí más p p q y p pagitada y constante por lo cual sigo intentando determinar este valor.

ANEXOS