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Técnicas de Diseño de Ventilación. Para realizar un adecuado diseño de la ventilación natural deben realizarse tres tipos de análisis: - Caracterización del régimen de viento del lugar: su dirección, frecuencia, períodos de calma, su pureza y calidad, y su interacción con las condiciones topográficas, vegetación y construcciones existentes (turbulencia). - Definición de los requisitos específicos de la ventilación del local, tanto desde el punto de vista higiénico y de confort de las personas, como requerimientos tecnológicos si existieran. - Diseño del sistema de ventilación, es decir, definición del tipo, dimensiones y ubicación de las aberturas de ventilación (ventanas, conductos, monitores, etc.) y dispositivos de control del viento (elementos arquitectónicos, vegetación, etc.) Caracterización del régimen de viento del lugar: El viento es el aire en movimiento en relación con la superficie de la tierra. El movimiento natural del aire exterior se origina por dos causas fundamentales: - Convección, diferencias de presión entre aire frío y caliente - Los accidentes naturales del terreno, topografía, vegetación, existencia de grandes masas de agua cercanas (lagos o costas), modifican la velocidad y dirección del viento. Las variables del viento exterior que influyen en el patrón de flujo de aire dentro de un local son: - Velocidad - Dirección - Frecuencia

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Técnicas de Diseño de Ventilación.

Para realizar un adecuado diseño de la ventilación natural deben realizarse tres tipos de análisis:

- Caracterización del régimen de viento del lugar: su dirección, frecuencia, períodos de calma, su pureza y calidad, y su interacción con las condiciones topográficas, vegetación y construcciones existentes (turbulencia).

- Definición de los requisitos específicos de la ventilación del local, tanto desde el punto de vista higiénico y de confort de las personas, como requerimientos tecnológicos si existieran.

- Diseño del sistema de ventilación, es decir, definición del tipo, dimensiones y ubicación de las aberturas de ventilación (ventanas, conductos, monitores, etc.) y dispositivos de control del viento (elementos arquitectónicos, vegetación, etc.)

Caracterización del régimen de viento del lugar:

El viento es el aire en movimiento en relación con la superficie de la tierra.

El movimiento natural del aire exterior se origina por dos causas fundamentales:

- Convección, diferencias de presión entre aire frío y caliente - Los accidentes naturales del terreno, topografía, vegetación, existencia de grandes

masas de agua cercanas (lagos o costas), modifican la velocidad y dirección del viento.

Las variables del viento exterior que influyen en el patrón de flujo de aire dentro de un local son:

- Velocidad - Dirección - Frecuencia - Turbulencia

Generalmente las estaciones meteorológicas se ubican en zonas alejadas de las ciudades, donde el patrón de flujo del viento es más estable y los valores de la velocidad son mayores en la zona más cercana a la tierra. Es por ello que resulta imprescindible analizar las condiciones locales, ya que la existencia de edificios, árboles y otros obstáculos generan turbulencias que disminuyen considerablemente la velocidad del viento y modifican su dirección.

La dirección y velocidad del viento, tomadas como dato de la estación meteorológica más cercana (medidos a 10 m de altura en zona libre de obstáculos).

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Deben ser analizados en el contexto específico del sitio de la obra, ya que estos valores se verán alterados por las características locales de topografía, vegetación y construcciones cercanas.

El viento se torna turbulento debido a su interacción con las rugosidades de las superficies del terreno.

La longitud de la barra indica la frecuencia (en % del total de observaciones realizadas) con la que sopla el viento en esa dirección. El valor que aparece en el extremo de la barra es la rapidez media del viento que sopla en esa dirección, (km/h). El valor que aparece dentro del círculo es la frecuencia de calmas expresado en % del total de observaciones realizadas.

Requisitos específicos de la ventilación del local.

En la primera unidad del tema Ventilación se definieron los requisitos de ventilación por higiene (eliminación de olores desagradables y de otros gases contaminantes) y los requisitos de ventilación por confort (disipación del calor). Estos elementos servirán de base para calcular o establecer los volúmenes mínimos de ventilación requeridos.

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Factores que influyen en el diseño del sistema de ventilación:

La ventilación debe ser diseñada como un sistema que considere integralmente todos los factores que en ella intervienen referidos tanto a las características arquitectónicas y ubicación del edificio, como a las características del local, las aberturas de ventilación, las divisiones interiores y otros elementos exteriores.

Forma y dimensiones de las construcciones:

La forma y dimensiones de las construcciones influyen en la ventilación natural en dos aspectos fundamentales:

- Valores y distribución de los coeficientes de presión en fachadas y cubierta - Patrón del flujo de aire alrededor de los edificios

En dependencia de la forma y pendiente de la cubierta y de la forma y dimensiones de la edificación, la acción del viento al incidir sobre ésta, produce presiones positivas (alta presión) y presiones negativas (baja presión) en las diferentes superficies de la construcción y conforma determinada sombra aerodinámica alrededor de la edificación.

Orientación con respecto al Viento:

Caso de ventilación cruzada:

Cuando el viento incide perpendicularmente en el edificio la máxima presión se produce en la fachada de barlovento, esta presión se verá reducida si el viento incide de forma oblicua llegando a reducirse hasta un 50% aproximadamente con un ángulo de incidencia de 45º.

De aquí pudiéramos inferir que la mayor velocidad del aire en el interior se produciría con una incidencia del viento a 90º con la fachada. Sin embargo Givoni encontró que una orientación a 45º con respecto al viento, en ventilación cruzada con aberturas en muros

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opuestos, es más conveniente que una orientación a 90º ya que se aumenta la velocidad del aire en el interior del local.

Esto se explica al aumentar la velocidad del viento a lo largo de las fachadas de barlovento; por consiguiente la sombra aerodinámica se hace más ancha, la presión negativa (efecto de succión) aumenta y por tanto se incrementa el flujo de aire interior.

Por otra parte, B. Evans dice que "es necesario considerar que el aire que entra angulado no se distribuye uniformemente y causa turbulencia en el interior mientras que el flujo de aire que entra perpendicular, atraviesa el espacio de frente, más uniforme y sólo con pequeños disturbios a ambos lados de la abertura de entrada".

Por lo tanto, es necesario realizar un análisis integral de la situación considerando no solamente la dirección del viento, sino también la posición y tamaño de las ventanas.

En caso de que las ventanas se ubiquen en muros contiguos la ventilación será más eficiente si el viento incide perpendicularmente en la abertura de entrada.

Ventilación Unilateral:

Cuando las aberturas se localizan en uno solo de los muros del local, la ventilación se reduce prácticamente a cero, ya que no existen diferencias de presión en las aberturas.

Según Givoni, esta situación puede mejorarse discretamente con la incidencia del viento a 45° colocando dos ventanas en los extremos del local y puede mejorar aún más,

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añadiendo dispositivos salientes que ayuden a crear zonas de alta y de baja presión alrededor de las mismas que induzcan el movimiento del aire, en casos con incidencia del viento entre 20 y 70°.

Localización y tamaño de las aberturas de entrada y salida del aire:

Cuando la fachada presenta una abertura:

Tomemos como ejemplo una placa con una abertura en su parte central. Se formarán en ella dos colchones de aire, uno sobre AB y otro sobre CD; la masa de aire incidente escapará por los bordes A, B, C y D. Se puede observar que los filetes de aire que salen por B y C tienen la misma fuerza y dirección, ya que las dos partes AB y CD de la placa son iguales. En consecuencia, el aire que atraviesa la ranura mantendrá la misma dirección que el flujo incidente.

Si la abertura de la placa estuviera desplazada hacia uno de los extremos, en este caso AB > CD, el filete de aire que sale por el borde B tendrá una velocidad mayor que el que pasa por C, de manera que la dirección del aire que atraviesa la abertura será desviada hacia D.

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Otros Factores:

Cuando el viento encuentra algún tipo de pantalla deflectora, la desviación de su curso dependerá de la velocidad de incidencia.

Cuando el viento penetra en un local, su propia inercia le hace mantener la dirección original hasta encontrar un elemento que lo detenga; sólo entonces se desvía hacia la abertura de salida.

Estos principios que hemos analizado determinan la dirección de la corriente de aire en el interior del local.

Debemos ubicar las aberturas de entrada en la zona de alta presión y en la parte inferior de la fachada, esto dirigirá el flujo hacia la zona habitable, y las aberturas de salida en la zona de baja presión y en la parte superior de la fachada para la extracción del aire caliente (el aire caliente es poco denso y tiende a subir).

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Si las dos aberturas se colocaran en la parte superior el aire circularía sin refrescar la zona habitable. Esta solución puede ser conveniente para climas fríos.

En general, mientras mayor sean las aberturas de entrada y salida, mayor será la ventilación. Se recomienda como área mínima de ventanas entre un 25-30 % del área de fachada.

Las aberturas de entrada deben ser, preferentemente, de forma horizontal ya que proporcionan una mejor distribución del aire interior y mayores velocidades, con un mayor rango de eficiencia para diferentes ángulos de incidencia del viento.

En relación con el tamaño de las aberturas, según estudios realizados por H. Sobin, se recomienda una relación área de salida/área de entrada = 1,25. Givoni plantea que la diferencia de tamaños no es un factor determinante en la velocidad interior del aire

Conclusiones:

- Para diseñar la ventilación natural de un local es necesario partir de las condiciones del régimen de viento del lugar y del horario de uso del local para determinar la velocidad y dirección del viento que se asumirá en el diseño.

- A continuación deben calcularse los volúmenes de ventilaciones necesarias para garantizar la eliminación de contaminantes y para disipar el calor y por último se realiza el dimensionamiento de las aberturas de entrada y salida del aire.

- Al realizar el diseño de la ventilación deben tenerse en cuenta todos los factores que inciden en el flujo del aire dentro del local, tanto los referidos a la ubicación y forma del edificio como a los relativos a su orientación respecto al viento y a la localización y tamaño de las aberturas.