CUARTA UNIDAD

ARQ. ALBERTO BARBACHAN PALACIOSAÑO 2009

La circulación general representa el flujo promedio de aire alrededor del mundo. Como los vientos pueden variar ampliamente respecto del promedio en cualquier tiempo y lugar, el estudio de los patrones de flujo promedio del viento puede servir para identificar los patrones predominantes de circulación en ciertas latitudes y entender sus causas.

la fuerza que impulsa la circulación general es el calentamiento irregular de la superficie terrestre. Las regiones ecuatoriales reciben mucho más energía del sol que las polares. Las variaciones horizontales de la temperatura atmosférica, causadas por el calentamiento irregular, determinan diferencias de presión que dirigen la circulación atmosférica.

Es un movimiento del aire atmosférico a gran escala, y el medio (junto con la circulación oceánica) por el que el calor es distribuido sobre la superficie de la Tierra

El efecto de Coriolis es un factor principal que explica los patrones reales del flujo del aire alrededor de la Tierra.

En el ecuador, el aire cálido se eleva y muchas veces se condensa en grandes nubarrones y tormentas. De este modo, se desarrolla una banda de presión baja alrededor del ecuador. Estas tormentas eléctricas liberan calor, que conduce el aire hacia partes más altas de la atmósfera. Allí, el aire empieza a trasladarse lateralmente hacia los polos y se enfría a medida que se mueve. El aire empieza a convergir o "reunirse" a una altura aproximada de 30° de latitud. La convergencia del aire hace que este se hunda o asiente en esta latitud. Esto determina la divergencia del aire en la superficie terrestre.

A medida que el aire se hunde en esta región, el cielo se muestra despejado y los vientos superficiales son suaves y variables. Las latitudes de 30° se conocen como zonas de calmas subtropicales porque era allí donde se encalmaban los barcos de vela que viajaban al Nuevo Mundo.

De las zonas de calmas subtropicales, una parte del aire superficial regresa al ecuador. Debido al efecto de Coriolis, los vientos soplan desde el nordeste en el hemisferio norte y desde el sudeste en el hemisferio sur. Estos vientos constantes se llaman vientos alisios. los mismos que convergen alrededor del ecuador en una región denominada la zona intertropical de convergencia (ZITC). Este aire ecuatorial convergente se calienta y se eleva a lo largo del ciclo.

El viento es una masa de aire en movimiento, originado por la diferencia de presión entre una zona y otra. La masa de aire se dirige de los lugares de mayor presión hacia los de más baja presión.

Los vientos rotan desde las zonas de alta presión atmosférica a la de baja. Cerca del Ecuador existe una zona permanente de baja presión que genera los vientos alisios.

N

Este sería un viento del oeste!

El viento se describe según la dirección de donde sopla

S

O E

Existen los llamados vientos locales, por un lado, y los vientos constantes, por el otro.

Los primeros se nombran de acuerdo al lugar donde soplan. Los segundos soplan en la misma dirección y en forma continua, como los alisios, que se encuentran en las regiones ecuatoriales y tienen dirección noreste-sudoeste en el hemisferio norte y sudeste-noroeste en el sur.

Para estudiarlos se toma la dirección y la velocidad de los mismos. Estos dos factores definen el tipo de viento. Para establecer la dirección, procedencia o rumbo, se toman como referencia los puntos cardinales.

La velocidad, que es la ligereza en el movimiento de la masa de aire, se

mide con el anemómetro y se expresa en Km./h. De esta manera se llega a

establecer que el huracán es un viento fuerte con velocidad mínima media de

118 Km./h.

POR QUE SOPLA EL VIENTO tiene que ver con el Sol. El ecuador recibe

mucha más radiación solar que los polos y por eso es mucho más cálido. El aire caliente del ecuador asciende y se desplaza hacia los polos, mientras que el aire más frío de los polos se desplaza hacia abajo. Pero la rotación de la Tierra tuerce y deforma estas corrientes de aire produciendo pequeños frentes constantes de viento que circulan alrededor del planeta.

Las corrientes regulares de vientos circulares envuelven el planeta, desplazando el aire caliente hacia los polos y a los barcos a través de los océanos.

Célula de Hadley - El aire caliente se eleva en el ecuador y se desplaza hacia los polos, y de allí desciende para cerrar el ciclo volviendo al ecuador. La célula de Hadley crea en la superficie anillos de viento que soplan hacia el oeste, los vientos alisios.

Célula de Ferrel –En las latitudes medias, el aire se mueve en la superficie hacia los polos, se eleva y gira sobre sí mismo. La célula de Ferrel crea cinturones de viento en la superficie que soplan de oeste a este.  

Célula polar - El aire frío de la atmósfera desciende y se distribuye desde los polos.

Durante una inversión térmica se interrumpen los patrones normales de circulación de la atmósfera natural.

La atmósfera se puede dividir en

capas según la variación de latemperatura.

El 50% de la masa total de laatmósfera está concentrada en

losprimeros 5 kms de altura

Los fenómenos meteorólógicosque nos afectan se desarrollan

enlos primeros 10 Kms de laatmósfera. Esta capa de 10 kmjunto a la superficie terrestre

es laTROPOSFERA.

Modelo simplificado de la circulación global

atmosférica1. Tierra sin rotación y sin

continentes2. Tierra en rotación y sin continentes3. Tierra en rotación con estaciones4. Tierra en rotación, con continentes y

estaciones

Tierra sin rotación y sincontinentes

- Ecuador más cerca del sol que los polos

- El aire caliente asciende en el ecuador dejando un “vacío”

- El aire frío de los polos fluye hacia el Ecuador para rellenar el “vacío”

- Se establece una circulación básica con una única “célula”

Tierra en rotación y sincontinentes

El efecto de la rotación dividela circulación en 3 célulasdiferenciadas- A latitud aprox. de 30ºN y30ºS se produce descenso deaire desde capas altas a lasuperficie, creando un“cinturón” de altas presiones- A latitud aprox. de 60ºN y60ºS se produce ascenso deaire desde la superficie hacialas capas altas, creando un“cinturón” de bajas

presiones

Tierra en rotación y con estaciones- la tierra da una vuelta al sol aprox.cada 365

días.- Pero además el eje de rotación de la tierra

está inclinado respecto al plano de la órbita tierra-sol unos 23.5º.

Tierra en rotación y con estaciones

- El efecto combinado de la inclinación de la tierra y su movimiento alrededor del sol da lugar a las estaciones

-- En los equinocios ambos hemisferios reciben aprox.la misma radiación solar

- Los gradientes de temperatura son

más acentuados en los inviernos, lo

que significa más probabilidad de

vientos fuertes, borrascas y por tanto, olas.

Tierra en rotación, concontinente y estaciones

- La tierra y el agua tienen

diferente capacidad calorífica

específica, y por esto:- En verano, altas sobre el océano y bajas en los continentes- En invierno, mayor convección en el océano

y por tanto bajas

presiones, y altas sobre los

continentes- Pero además…

- En el hemisferio sur hay más océano que tierra->menor variación estacional- En el H.Norte ocurre al

contrario->patrones de circulación más complicados- En el H.Sur existe una banda

de vientos del oeste (los 40 rugientes) más fuertes y extensos en el invierno

austral- Por tanto, en general el sur será más consistente en el

H.Sur durante todo el año. En el

H.Norte grandes diferencias entre invierno/verano

Vientos generados por gradientes o diferencias de presión de pequeña escala

producidos por calentamiento o enfriamiento de la superficie.

Vientos diurnos y nocturnos Brisas marinas Brisas terrestres Vientos de ladera y de valle Vientos de tormenta Remolinos de fuego y remolinos de polvo

• Debido al calentamiento solar, los vientos diurnos son más erráticos y variables

• Generalmente, los vientos nocturnos son más calmos y estables

Brisa marina

El aire sube debido al calentamiento diurno de la superficie de la Tierra

El viento sopla desde el mar.

Brisa terrestre

El aire desciende debido al enfriamiento nocturno de la superficie de la Tierra

VIENTOS DE LADERA - DIURNO

ladera arriba

VIENTOS DE LADERA - NOCTURNO ladera abajo

Generalmente son estables y más calmos que los vientos diurnos

VIENTOS DE VALLE - DIURNOS

valle arriba

VIENTOS DE VALLE - NOCTURNOSvalle abajo

Combinación de vientos de valle y

de ladera

Vientos de tormenta

Una tormenta producida por nubes cumulonimbus, acompañada de

relámpagos, truenos y fuertes ráfagas de viento.

Desde sus orígenes, el hombre se vale de la energía en sus diversas formas. El viento es una forma de energía solar que este utiliza desde entonces para satisfacer múltiples necesidades. El viento es aire en movimiento producido por las diferencias de temperatura y la presión atmosférica, causadas a u vez por el calentamiento no uniforme de la superficie terrestre; por lo tanto, la acción calorífica del sol y la rotación terrestre originan el fenómeno eolico.

Existen cuatro sistemas naturales de energía en nuestro planeta:

* El sol

* El viento

* El agua

* La tierra

De estos cuatro el más importante es el sol, ya que gracias a su acción es posible la manifestación de los tres restantes.

El viento, es una forma de energía solar, es de gran importancia para el hombre. Todos los seres vivos necesitamos de aire para subsistir. La naturaleza lo ha proporcionado limpio, puro y gratuito durante miles de años. El aire limpio, rico en oxigeno para respirar, es la necesidad ambiental mas urgente para la vida humana.

El viento si se utiliza sensatamente, puede proporcionar una amplia gama de satisfactores, entre los que se puede señalar:

Aire fresco y puro

Confort ambiental, climatización natural en diferentes climas

El ahorro de energía es de vital importancia en la actualidad, pues favorece la preservación de los recursos energéticos naturales y del medio ambiente.

El movimiento continuo del aire es una necesidad vital para la sobrevivencia del hombre; al mismo tiempo es una necesidad primaria para el bienestar térmico o confort ambiental de los usuarios de un espacio, para disipar por convección el calor excesivo del cuerpo y para evaporar la transpiración. Por lo tanto, el viento es uno de los elementos climáticos más importantes, pues la dispersión del aire contaminado y el confort humano dependen enormemente de su manejo adecuado.

En la arquitectura el control adecuado del viento tiene una gran importancia, ya que determina los niveles de bienestar higrotermico de los usuarios en su hábitat, y sobre todo la salud de los mismos.

Se puede resumir la acción de la ventilación en distintas funciones:

La primera, de carácter prioritario, es la de mantener la calidad del aire sobre niveles aceptables, remplazando el aire interior, viciado por aire exterior fresco.

La segunda es la de proporcionar confort natural biotermico, al incrementar las perdidas del calor del cuerpo y prevenir la falta de confort por la acumulación de humedad en la piel.

Vientos generales

La acción del sol y el movimiento de rotación terrestre dan lugar a la presencia del viento en la tierra. El viento es aire en movimiento que se genera por las diferencias de presión y de temperatura atmosféricas, causadas por un calentamiento no uniforme de la superficie terrestre, ya que mientras el sol calienta aire, agua y tierra de un lado del planeta, el otro lado se enfría a causa de la radiación nocturna hacia el espacio. Este calentamiento desigual de la atmósfera origina movimientos de aire compensatorios que tienden a reducir la diferencia horizontal de temperatura.

Confort.

El confort es el parámetro mas importante dentro del diseño arquitectónico bioclimatico.

Lograr bienestar físico y psicológico es el objetivo

primordial al diseñar y construir cualquier espacio.

Estas deben analizarse sobre el sitio preciso de diseño, tomado en cuenta sus cambios diarios (horarios) y estaciónales (mensuales) ya que los vientos predominantes, generales y regionales, comúnmente se alteran a causa de las características locales, de topografía, vegetación y construcciones cercanas al terreno. En segundo lugar se debe considerar todas las variables arquitectónicas y constructivas.

Forma y dimensión del edificio

Orientación con respecto al viento

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

Tipo de ventanas y sus accesorios

Elementos arquitectónicos exteriores e interiores.

Cada una de ellas causa un efecto en el flujo el aire alrededor del edificio, pero principalmente enfocándose a las características resultantes del movimiento de aire en el interior del espacio.

Vientos convectivos

Son fuertes gradientes de presión, la circulación general de los vientos es frecuentemente dominada por vientos resultantes de pequeña escala de gradientes de presión producidas por diferencias de temperatura dentro de la localidad.

El aire que se aligera por el calentamiento de las superficies es forzado a subir, mientras que el aire que es enfriado tiende a hundirse, creando de esa forma un pequeño sistema de circulación convectiva en el cual tanto el flujo vertical como el flujo horizontal tienen la misma importancia, por tanto, los vientos convectivos se refieren a todos los vientos ascendentes, descendentes y horizontales que tienen su origen principal en las diferencias locales de temperatura.

La naturaleza y fuerza de los vientos convectivos depende de muchos otros factores, todos ellos relacionados con la temperatura y, en general, de todas las características del ambiente que afectan el calentamiento y enfriamiento.

Los principales sistemas convectivos son:

* Brisas de tierra y mar

* Vientos de ladera

* Vientos de valle

Efectos de la topografía en el viento

Como la tierra es un sólido y el aire un fluido, cualquier choque entre ambos

resultará en una modificación del movimiento del aire.

Efecto Venturi

Cuando el aire atraviesa un paso, una garganta o un cañón, su velocidad se

acelera durante el pasaje

Turbulencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Ventilador

La velocidad del viento se reducirá debido a la fricción

con la vegetación

Instrumentos para medir el viento...

Radiosonda

Anemómetros

En arquitectura se denomina ventilación a la renovación del

aire del interior de una edificación mediante extracción o inyección de

aire

La finalidad de la ventilación es:

Asegurar la renovación del aire respirable. Asegurar la salubridad del aire, tanto el control de la

humedad, concentraciones de gases o partículas en suspensión.

Luchar contra los humos en caso de incendio. Bajar las concentraciones de gases o partículas a niveles

adecuados para el funcionamiento de maquinaria o instalaciones.

Proteger determinadas áreas de patógenos que puedan penetrar vía aire.

Colaborar en el acondicionamiento térmico del edificio. Se realiza mediante el estudio de las características

arquitectónicas, uso y necesidades de cada área.

En dependencia del tipo de clima deberá diseñarse la ventilación para alcanzar el bienestar y preservar la salud del hombre. Por ejemplo, en un clima frío resulta fundamental evitar la infiltración del aire exterior y las pérdidas del aire caliente interior. En este caso el movimiento del aire debe controlarse dentro de los niveles mínimos para garantizar los cambios de aire por requisitos higiénicos. Por el contrario, en un clima cálido húmedo la ventilación debe propiciar que el flujo de aire pase directamente por la zona habitable, con la velocidad que permita la disipación del calor por convección y evaporación (velocidad recomendada hasta 2 m/s). En este caso las necesidades de ventilación por requisitos higiénicos van a ser siempre inferiores a la requerida por confort.

En un clima cálido seco se recomienda reducir la ventilación durante el día al mínimo necesario para eliminar los olores generados dentro de la vivienda, evitando la entrada excesiva del aire caliente exterior. Durante la noche se puede permitir la entrada del aire exterior, ya que usualmente es más fresco y, con velocidades hasta 1 m/s, puede reducir la temperatura del aire interior y refrescar las superficies interiores del local.

En zonas templadas, donde existe un período frío y uno caluroso la ventilación debe diseñarse de forma tal que satisfaga en verano los requisitos térmicos y en invierno los requisitos higiénicos para lo cual la disposición, tamaño y forma de abrir las ventanas debe permitir satisfacer los requisitos de cada periodo. Por ejemplo, en invierno la abertura debe permitir el paso del aire a través de la zona superior A, para evitar el efecto directo sobre las personas, mientras que en el verano el flujo de aire debe ocupar todo el espacio del local zonas A y B, de manera de permitir el contacto directo del aire con la piel de las personas y propiciar el enfriamiento por convección y evaporación.

Ventilación Forzada Es la que se realiza mediante la creación artificial de depresiones o sobre presiones en conductos de distribución de aire o áreas del edificio. Éstas pueden crearse mediante extractores, ventiladores, unidades manejadoras de aire (UMAs) u otros elementos accionados mecánicamente.

Ventilación Natural Es la que se realiza mediante la adecuada ubicación de superficies, pasos o conductos aprovechando las depresiones o sobre presiones creadas en el edificio por el viento, humedad, sol, convección térmica del aire o cualquier otro fenómeno sin que sea necesario aportar energía al sistema en forma de trabajo mecánico.Tanto la ventilación natural como la forzada se pueden especializar más y dividir de la siguiente forma:

Ventilación por Capas. Ventilación Cruzada. Ventilación por Inyección de Aire o Sobre Presión. Ventilación por Extracción de Aire o Presión Negativa. Ventilación Localizada o Puntual. Ventilación General.

Ventilación selectiva La Ventilación selectiva es una estrategia de diseño bioclimático de edificios propuesta por Givoni cuando el tenor de humedad del aire es bajo y de aplicarse estrategias como la ventilación cruzada el edificio entraría en disconfort higrotérmico. Esto debido a que una corriente de aire con bajo tenor de humedad sobre la piel produce su desecación con el consiguiente disconfort. En estos casos la ventilación selectiva se aprovecha de la diferencia de entalpía entre el aire diurno y nocturno favoreciendo el refrescamiento de los espacios interiores de los edificios. Esto implica que durante el día la ventilación de los locales será mínima y deberán ser umbrios (sombreados) reduciendo todo lo posible la incidencia de la radiación solar directa y difusa. Con esto mantendremos los locales frescos.

DISEÑO DE LA VENTILACION NATURALPara 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.)

DEFINICIÓN DE INFILTRACIÓN Es la entrada de aire desde exterior por fenómenos o

usos en principio no considerados, pero que afectan o son asumidos para la ventilación, por ejemplo, rendijas en puertas o difusión a través de determinadas superficies.

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 (efecto térmico).

  diferencias de la presión estática del aire (efecto dinámico). 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) son datos importantes que sirven como información base, pero 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. Estos datos de partida deben ser asumidos en función de su variación estacional y horaria conjuntamente con un análisis de la función y horario de uso de la edificación. Por ejemplo es preferible utilizar los datos referidos a horas y meses en lugar de valores que engloben todos los valores a lo largo del año.

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.

Cuando el viento incide sobre un edificio se crea una zona de alta presión (positiva) en la fachada del terreno frontal al viento (BARLOVENTO) y en la cubierta; al rodear al edificio incrementa su velocidad, creando zonas de relativa baja presión (negativa) en las caras laterales y en la cara posterior del edificio (SOTAVENTO).

La acción del viento sobre el edificio que produce diferencias de presión en sus fachadas se llama efecto aerodinámico.

El viento tiene además un efecto mecánico, al producir cargas adicionales sobre la estructura, y un efecto térmico al enfriar las superficies del edificio.

En estudio realizado por Kukreja se determinó la influencia de la forma y dimensiones de las construcciones sobre el patrón de flujo de aire alrededor de los edificios.

En la figura se muestra la nomenclatura que se dio a las proporciones de la edificación:

  ancho   altura   relación ancho / altura   longitud   pendiente del techo   aleros   orientación con relación al viento

Al aumentar el ancho de una edificación, la profundidad de la sombra aerodinámica permanece relativamente constante.

Al aumentar la altura de una edificación, aumenta la profundidad y altura de la sombra aerodinámica en la misma proporción.

Relación ancho / altura. Al disminuir esta relación aumenta la profundidad y altura de la sombra aerodinámica.

Túnel de viento: Instalación de laboratorio donde se simula la acción del viento sobre un edificio mediante la utilización de maquetas. Para realizar estudios de ventilación los más recomendables son los túneles de capa límite, en los que se simula la rugosidad del terreno previa al edificio, para simular la turbulencia.

Sombra aerodinámica: El viento, con estructura de flujo laminar, al incidir sobre un obstáculo desvía las líneas de flujo hacia arriba y hacia los lados del mismo, produciendo zonas de estancamiento o turbulencia, previas a la recuperación del flujo. La dimensión de estas zonas estará en función de la altura del obstáculo y del grado de permeabilidad del mismo.

Longitud. A medida que se incrementa la longitud de una

edificación, se aumenta la profundidad de la sombra aerodinámica.

Pendiente del techo. En caso de techos con pendientes hasta 30º prácticamente no se modifica la sombra aerodinámica.

Aleros.Cualquiera que sea la posición o proporción de los aleros no se produce una variación significativa en la sombra aerodinámica.

Orientación con relación al viento.A medida que el ángulo que forma la dirección del viento y la dimensión mayor de la edificación se acerca a 90º, mayor será la sombra aerodinámica.

Cuando el arquitecto enfrenta el trabajo de diseñar un asentamiento la consideración de la acción del viento alrededor de los edificios deviene en factor primordial. En climas cálido-húmedos una correcta ubicación de los edificios con relación al viento, propicia una efectiva ventilación natural de los mismos, sin embargo, en climas cálido-secos resulta necesario lograr una adecuada protección de los vientos que aportan aire caliente no favorable al microclima interior.

El viento, al incidir sobre los edificios, origina un determinado patrón de flujo del aire. Los obstáculos, naturales o artificiales, también contribuyen a la modificación de ese flujo.

Esto implica que el arquitecto, basándose en los datos meteorológicos de partida y adecuándolos a las condiciones del sitio de la obra, puede llegar a hipótesis sobre cuál será el movimiento del aire alrededor de los edificios, pero una confirmación de esta hipótesis solamente puede obtenerse en estudios de modelación en un túnel de viento. Actualmente se investiga para lograr la simulación por computación, pero los programas resultan complicados debido a la complejidad del problema.

Experimentos realizados en el Departamento de Estudios Tropicales de la Asociación Norteamericana de Arquitectos, muestran que si en un asentamiento rural a campo abierto se ubican las construcciones de una planta en fila, tal como se muestra en la figura, la sombra aerodinámica de cada construcción se superpone con la siguiente, trayendo como consecuencia que los edificios queden sumergidos en una zona de estancamiento del aire, impidiendo su adecuada ventilación.

En este caso sería necesario espaciar las edificaciones a una distancia igual a seis veces la altura para lograr la ventilación. Esto tiene el inconveniente de bajar la densidad de construcción, con el consiguiente aumento del índice de terreno por vivienda, solución muy costosa de proyecto.

Si los edificios se disponen alternos el flujo de aire se hace mucho más uniforme, reduciéndose considerablemente las zonas de estancamiento del aire, posibilitándose, por lo tanto, una mejor ventilación de los edificios.

Una serie de estudios realizados por Weston en Australia mostraron que si un edificio bajo se ubica dentro de la sombra aerodinámica de un edificio considerablemente más alto, este incremento en la altura pudiera llegar a generar una corriente de aire en el edificio más bajo, pero de sentido inverso al del viento del lugar.

El viento al incidir sobre la fachada de un edificio relativamente largo divide su flujo en dos partes provocándose una aceleración de su velocidad en las esquinas del edificio.

En caso de existir dos edificios relativamente cercanos pueden producirse ráfagas de una velocidad aún mayor en la zona entre ambos edificios.

Otro problema que se presenta en las ciudades que tienen edificios muy altos es que éstos últimos producen un gran incremento de la velocidad del aire al nivel del peatón, lo cual puede resultar muy molesto, tanto por su efecto mecánico como térmico. Esto induce la adopción de soluciones de diseño que pueden ser parte del propio edificio o la adopción de elementos exteriores, tales como vegetación, otros edificios auxiliares, entre otras soluciones, que actúen como rompevientos.

En el diseño de áreas exteriores donde se cumplen funciones como estar, pasear, jugar o simplemente transitar deben tomarse las decisiones en dependencia del clima del lugar. En climas áridos las personas realizan todas sus actividades en el interior, pero en climas tropicales, templados y aún fríos, las personas realizan una gran parte de sus actividades en el exterior, para ello requieren de protección de la radiación solar térmica y luminosa, así como del polvo.

La plantación de árboles, arbustos y otros tipos de vegetación contribuye a bajar la temperatura del aire por enfriamiento evaporativo, purifica el aire, proporciona sombras protectoras de la radiación y disminuye el efecto de deslumbramiento al filtrar la luz. La privacidad visual puede ser resuelta en climas cálidos construyendo barreras verdes perforadas que obstruyan la visión, pero al mismo tiempo permitan el paso del aire.

Resulta interesante que la velocidad del viento comienza a disminuir antes de llegar al obstáculo, como consecuencia de la presencia de la masa de aire presionado que se encuentra en esa cara. La menor velocidad del viento, es decir, la mayor protección posible se alcanza a una distancia comprendida entre 4 y 5 veces la altura de la obstrucción

Las barreras de árboles pueden componerse en función de la altura necesaria, tal como se muestra en la figura .

Para la ubicación de chimeneas, extractores y otras fuentes contaminantes, debe analizarse cuidadosamente el perfil de la sombra aerodinámica de los edificios, para evitar que la salida de los contaminantes quede atrapada dentro de la misma y que la polución afecte al propio edificio o a los circundantes. La altura de la chimenea debe ser tal que la salida del humo quede fuera de la sombra aerodinámica del edificio.

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.

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 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.

Caso de 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 450 colocando dos ventanas en los extremos del local y puede mejorar aún más, 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 700.

Analizando los principios de la ventilación natural dinámica. Se observo como el viento al incidir sobre una edificación produce zonas de alta presión en la fachada de barlovento y de baja presión en la fachada de sotavento y en las fachadas laterales.

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.

El diseño de las ventanas tiene una gran influencia en la dirección del flujo de aire dentro del local, por tanto, el tipo de ventana debe seleccionarse teniendo en cuenta los requisitos de la ventilación y el tipo de clima. En climas cálido-húmedos en general se recomienda utilizar tipos de ventanas que ofrezcan poca obstrucción al paso del aire, de forma que permitan la entrada de la mayor parte posible del viento que llega a las fachadas.

Las persianas permiten dirigir el flujo de aire horizontalmente, posibilitando la ventilación de la zona habitable, sin embargo, las de tipo marquesina o toldo en todo momento dirigen el aire hacia arriba, lo cual impide su paso directamente sobre los ocupantes. Las de tipo pivote y las embisagradas, además de permitir la dirección del flujo horizontal son más eficientes al permitir el paso de una parte considerable del viento incidente

La utilización de cortinas de tela generalmente reduce la eficiencia de las ventanas al representar un obstáculo al paso del aire. Las cortinas de tablillas regulables pueden ser utilizadas como deflectores y canalizadores del flujo, dirigiéndolo hacia la zona habitable. Esto es más efectivo en zonas cercanas a las ventanas ya que, en general, constituyen un obstáculo a la entrada del aire.

En climas fríos las ventanas deben ser diseñadas de forma tal que sea posible su abertura parcial, en la parte superior, para permitir cambiar el aire del local sin disminuir sustancialmente la temperatura y, al mismo tiempo, evitar que el flujo de aire pase por la zona habitable. Las juntas de las ventanas deben evitar la infiltración del aire frío y consecuentemente las pérdidas de calor del local.

Las mallas antimosquitos resultan imprescindibles en muchas partes del mundo, particularmente en los trópicos, sin embargo, ellas pueden causar una considerable reducción del aire que pasa a través de las ventanas, sobre todo si la velocidad del viento exterior es baja. Esta reducción puede llegar al 50-60%. La reducción de la velocidad del aire interior es mayor si el aire exterior incide de forma oblicua que si incide perpendicularmente sobre la malla.

Cualquier saliente o elemento constructivo adosado a la fachada es capaz de modificar la dirección del flujo de aire.

En caso de existir aleros, como se aprecia en la figura, se anula la influencia de la corriente descendente.

Este problema pudiera resolverse añadiendo una pantalla deflectora interior o separando algo el alero de la superficie de la fachada.

Los accesorios de ventanas, tales como celosías, persianas interiores, aleros, quiebrasoles, pantallas, entre otros, son diseñados generalmente como dispositivos de control solar, de lluvia, para control de la privasidad visual, etc., y casi nunca para la modulación del flujo del aire. Por tanto, frecuentemente, producen efectos nocivos en la eficacia de la ventilación.

Las divisiones interiores representan un obstáculo interior al paso del aire que en muchos casos llegan a bloquear totalmente el flujo. Experimentos hechos por Givoni demuestran que las reducciones de la velocidad promedio del flujo interior del aire fluctúan entre 44.5 y 30.5%. Las velocidades resultaron menores cuando la partición se encontraba de frente y cercana a la ventana de entrada que cuando se encontraba cercana a la salida del aire.

Es por ello que se recomienda utilizar la menor cantidad posible de muros interiores, ubicándolos en lo posible paralelos a la dirección del flujo.

También se recomienda perforar las divisiones interiores, por ejemplo, sobre y bajo los closets, utilizar divisiones con muebles que no lleguen al techo, emplear puertas con rejillas de ventilación, etc. Por supuesto, estas decisiones deben conciliarse con los requisitos de privacidad acústica del local.

El aprovechamiento del viento para ventilar los espacios interiores lleva implícito que éste reúna los requisitos de limpieza y calidad necesarios. Otro aspecto fundamental se refiere a la temperatura del aire. La vegetación juega un papel primordial en la obtención de un aire limpio y fresco.

Paralelamente a estos aspectos, con la vegetación se puede lograr modificar el flujo de aire exterior, lo cual consecuentemente influye en el flujo de aire interior. Con el diseño de elementos vegetales combinando árboles, arbustos y setos convenientemente situados, puede incrementarse la velocidad del viento o detenerlo.

En caso de tener un edificio aislado que, por determinadas razones, solamente puede tener aberturas en las fachadas laterales con relación a la dirección del viento, pudiera mejorarse la ventilación interior con la adecuada disposición de setos compactos que induzcan la entrada del aire al interior. La ubicación de los setos alternos resulta la mejor solución ya que posibilita la entrada y salida del aire en forma de ventilación cruzada.

Una vez conocida la cantidad de aire requerida para la disipación del calor podemos proceder al dimensionamiento de las aberturas.En un local con ventilación cruzada, la cantidad de aire que penetra por una ventana depende de:

  el área de la abertura,   la velocidad del viento exterior y su ángulo de incidencia,   la relación entre las áreas de las aberturas de entrada y de salida del

aire;de tal forma:

donde:   V = cantidad de ventilación (m3 /s)   ve = velocidad del viento (m/s)   A = área de la abertura de entrada (m2 )   = ángulo que forma la dirección del viento con el plano de la ventana   r = relación entre la abertura de entrada y salida   r = 0,597 . fr (factor de relación)

por tanto la fórmula quedará:

AREA DE SALIDA/AREA DE ENTRADA

Fr (FACTOR DE RELACION

5/1 =5 1.38

4/1 =4 1.37

3/1 =3 1.33

2/1 =2 1.26

1/1 =1 1.00

3/4 =0,75 0.84

1/2 =0.50 0.63

1/4 =0.25 0.34

El efecto de chimenea es un movimiento natural causado por diferencias térmicas y de presión del aire entre los distintos estratos.

Este efecto tiene su máximo aprovechamiento en regiones con clima cálido-seco, donde las diferencias de temperatura entre el día y la noche son notables, pero se ha probado su efectividad también en climas cálido-húmedo con las llamadas torres de ventilación.

La torre funciona haciendo cambiar la temperatura y por lo tanto la densidad del aire en su interior y en su entorno. En presencia de viento la torre funciona como un captador-impulsor de las brisas dentro de la edificación, en caso de presión positiva, y como extractor del aire caliente interior, en caso de presión negativa.

Los techos curvos, cilíndricos o semi-esféricos, presentan determinadas ventajas respecto a los techos planos, desde el punto de vista de la ventilación.

Primero, el aire caliente acumulado en la parte superior de un techo curvo se encontrará por encima de la zona habitable en todo momento.

Segundo, la radiación solar recibida por un techo curvo será más fácilmente disipada por convección entre la superficie curva y el flujo de aire que circula velozmente sobre él.

Para propiciar este comportamiento es necesario que el techo posea un respiradero. El funcionamiento del respiradero se basa en el hecho de que cuando el aire pasa por un objeto cilíndrico o esférico, aumenta su velocidad en el ápice del objeto por lo que disminuye allí su presión. Si en el ápice hay un orificio, la diferencia de presión induce al aire caliente subyacente al techo, a salir por el orificio.

Los atrios o patios se utilizan desde los tiempos de los griegos y los romanos para contribuir a mejorar el desempeño térmico de las edificaciones. Se denominan atrios si están techados (con techo permanente o con techo ajustable), y patios si no tienen cubierta. Si las dimensiones de éstos últimos son muy pequeñas se denominan patinejos.

Los atrios techados funcionan como una máquina térmica, para ganancia de calor, por lo tanto su empleo no se recomienda en climas cálido-húmedo. en estos climas se recomienda el uso de patios ya que favorecen la ventilación y la iluminación natural de los locales.

Los patios permiten la ventilación cruzada en locales conectados a ellos y a una fachada exterior.

En patios grandes se recomienda el empleo de vegetación para controlar la incidencia de la radiación solar en las paredes y contribuir al balance térmico de la edificación.

Los patinejos en edificios altos, si están cerrados en su extremo inferior, funcionan como elementos de ventilación cruzada y no como chimenea.

La selección del tipo de ventanas y sus accesorios tiene gran importancia en la ventilación de un local, ya que nos puede permitir, o imposibilitar, lograr que el flujo de aire dentro del local se desarrolle de la forma prevista.

Resulta imprescindible integrar en el diseño de las ventanas y otras aberturas de ventilación los dispositivos de protección solar para lograr un aprovechamiento óptimo de la ventilación al mismo tiempo que una adecuada protección solar o visual.

La vegetación puede provocar la canalización del aire y modificación del patrón exterior de viento, así como su impulsión dentro de un edificio.

El cálculo manual de la ventilación resulta muy complejo y sus resultados son muy aproximados. Es más conveniente realizar estudios en túnel de viento o emplear programas de computación.

Las torres de ventilación, con efecto ascendente o descendente, se emplean con efectividad en climas secos y actualmente se experimenta su uso en climas cálidos.