Instalar la ventilación en un lugar específico requiere de estudios previos, no sólo de tipo técnico - económico, si no también climáticos y de vientos en la zona de interés, para lograr los resultados esperados.
por Camilo Botero*
En un artículo anterior, publicado en ACR LATINOAMÉRICA, comentaba que había una diferencia de enfoque, en algunas ocasiones conflictivo, entre los roles que cumplen el ingeniero ecológico versus el arquitecto bioclimático. Sobre todo en lo que tiene que ver con el tema de lograr condiciones de confort en climas cálidos y húmedos.
A causa de que muchos proyectos están ubicados en zonas tropicales, las leyes termodinámicas definen el alcance que puede dársele a un enfoque bioclimático, basado en convecciones naturales y vientos. ¿Hasta dónde pueden llegar los arquitectos bioclimáticos?, pues hasta donde lo permitan dichas leyes termodinámicas.
Sin embargo, existe un punto donde los dos enfoques pueden coincidir y, de hecho, no hay ningún conflicto de tipo teórico, ni se viola la segunda ley de la termodinámica y, en cambio, se obtienen soluciones muy convenientes. Ese punto de confluencia es la ventilación, la cual consiste en lograr unas condiciones razonablemente aceptables para ciertas aplicaciones, principalmente de tipo industrial o cuando el clima en la instalación de tipo comercial, institucional o doméstica así lo permita.
La ventilación se fundamenta en tomar aire exterior, algunas veces filtrado, y llevarlo al interior para retirar la carga sensible. Poco o nada sirve para retirar carga latente, pues ya de por sí este aire tiene una humedad específica alta (típicamente 130 granos/lb a.s. en mi región), cuando según el estándar 55 de ASHRAE, para lograr confort debería tenerse en el interior un valor menor, es decir, del orden de 70 granos/lb a.s.
Es necesario conocer en detalle las cargas sensibles internas y la climatología local. La ecuación con la cual se calcula el caudal de aire es muy sencilla:
Calor sensible = Una constante x El caudal x Un Delta de T aceptable.
En el sistema IP esta ecuación a nivel del mar es:
q = 1,08 CFM x Delta de T
A mil metros de altitud, la densidad del aire es tal que la constante se convierte en 1,0 y por lo tanto la ecuación se simplifica a:
q = CFM x Delta de T
Despejando de esta ecuación se tiene que:
Delta de T = q / CFM
Aquí se llega a la necesidad de tomar una decisión de tipo técnica y económica: se fija el Delta de T (típicamente 4ºF ó 2ºC) calculando los CFM, o se fijan los CFM esperando un cierto valor de la T.
Por ejemplo, definiendo el número de cambios por hora y se calcula el cambio en la temperatura máximo permisible.
Pero el efecto final no termina aquí. La sensación de confort se logra por medio de una combinación de los siguientes factores:
- Temperatura de bulbo seco.
- Temperatura de bulbo húmedo.
- Velocidad del aire sobre el cuerpo del ocupante.
- Tipo de vestuario usado.
- Balance de masa y energía en el individuo.
Normalmente resultan unos caudales tan grandes que hacen que los proyectos sean inviables pero si, por ejemplo, se localizan las salidas de aire cerca de los operarios en una máquina que tiene cargas sensibles importantes, se logran buenos resultados sin invertir demasiado.
Hoy en día se han popularizado grandes ventiladores de techo a bajas revoluciones con variadores de frecuencia que reciben señales (de temperatura, por ejemplo; entre otras), que logran buenos resultados con costos razonables. Sin embargo, uno de sus inconvenientes es que el flujo de aire llega, a veces, donde no debería; por ejemplo en una planta de papel donde realicé un proyecto para una cortadora en hojas, pues la velocidad del viento superior a 60 pies / min, afecta la producción.
Ventilación natural
Otra manera de climatizar por ventilación es la ventilación natural que se da principalmente por dos mecanismos:
El primer mecanismo depende de los vientos de cada zona, de los que deben conocerse su intensidad, dirección, frecuencia y horarios.
A mi modo de ver, este sistema es muy incierto ya que no se puede controlar, depende fundamentalmente del clima y, generalmente, no tiene filtración; es decir, la infiltración de polvo y demás pululantes puede constituirse en un problema mayor. Sin embargo, no se puede descartar y hoy en día se usa profusamente, pero debe aceptarse que no tiene filtración. Este sistema tampoco tiene manera de llevar la carga latente y por lo tanto no tiene control sobre la humedad relativa.
Un segundo mecanismo es la convección natural, que se presenta como una consecuencia de la diferencia de presión generada por la diferencia de densidades entre la mayor densidad del aire en el exterior y la menor densidad del aire en el interior, por ejemplo, en una planta con gran carga sensible.
Es bastante complicado el cálculo de ese diferencial de presión, pues las temperaturas no son constantes en el interior ni en el exterior, pero resultan en unas pocas décimas de pulgada de agua, lo cual hace muy difícil usar filtración, pues la caída de presión a través del filtro anula el efecto del termosifón.
Conclusiones
1. Si es posible usar la ventilación en cualquiera de sus formas, mecánica o natural, siempre y cuando queden bien claras las posibilidades para lograr confort de esta tecnología. He tenido la posibilidad de escuchar con frecuencia expresiones como “¡Nos gastamos una fortuna poniendo esta ventilación y no logramos si no 28ºC, cuando esperábamos 24ºC!”. Lo que obvian es que para lograr 24ºC la inversión debía el triple o más, que el consumo de energía es 10 veces más alto (o superior) y que al apagar la ventilación la temperatura al interior alcanza los 38ºC.
2. Debe conocerse muy bien la climatología en cada región para una aplicación específica, conocer el perfil de horas de picos de carga sensible en el interior de la zona que se quiere ventilar y explorar varias alternativas de ventilación entre mecánicas y naturales.
3. Hacer una o varias psicrometrías en donde aparezca el clima diurno y nocturno para varios meses del año y las condiciones que se obtendrían para la carga térmica sensible en la planta.
4. Dejar un documento firmado por el dueño o el gerente del proyecto en donde quedé perfectamente establecido cuales serán las condiciones aproximadas de temperatura, humedad relativa, calidad del aire en el interior y posible temperatura aparente en las personas.
* Camilo Botero es el actual Secretario de la Federación de Asociaciones Iberoamericanas del Aire Acondicionado y la Refrigeración - FAIAR; fue presidente de ACAIRE y es presidente de Camilo Botero Ingenieros Consultores Ltda. Se ha desempeñado como docente en varias universidades colombianas, gremios y actualmente en ACAIRE en cursos de diplomado de proyectos de aire acondicionado, eficiencia energética en aire acondicionado y refrigeración, cogeneración y trigeneración, psicometría aplicada, termodinámica, mecánica de fluídos, transferencia de calor y turbomaquinaria.
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