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c Casa abierta a l tiempo

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Jngeníería en Energía

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DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENlERíA DE PROCESOS E HIDRÁULICA

AREA DE INGENIERíA EN RECURSOS ENERGÉTICOS

. INFORME FINAL DEL SEMINARIO DE PROYECTOS DE INGENIERIA EN ENERGíA

METODOLOGIA PARA LA REALIZACIÓN DE PRUEBAS DE CONFORT HIGRO-TÉRMICO EN MUESTRAS POBLACIONALES

M EXlCAN AS.

ALUMNO:

OLIVARES REYES FERNANDO

ASESORES:

Dr. HERNANDO ROMERO PAREDES R.

México D.F. Octubre 2002

AGRADECIMIENTO Y DEDICATORIAS

Doy gracias a Dios por permitirme haber terminado este seminario.

A mis padres y hermanos por su invaluable ayuda y apoyo en cualquier circunstancia.

Pero muy en especial a ti ABUELO que con tu ejemplo de honradez y trabajador logre saltar un sin número de obstáculos ya que siempre tuviste el consejo exacto en el momento exacto, tu ejemplo es invaluable y digno de seguir.

Hay momentos difíciles que uno logra superar pero olvidarlos jnunca!

"Quien no ha caído nunca no tiene una idea exacta del esfuerzo que hay que hacer para tenerse en pie."; "Multatuli";

ATENTAMENTE

FERNANDO

AGRADECIMIENTO ESPECIAL

No hay palabra más común y sencilla que se escucha o se dice casi a diario, pero cuando se pronuncia con el corazón significa mucho de los labios de quien la menciona, esta palabra es “GRACIAS”.

Gracias a todos los profesores que de alguna manera se esfuerzan por transmitirnos sus conocimientos y por todos sus consejos que alguna vez recibí de ellos, pero muy en especial al Dr. Hernando Romero Paredes R y al Dr. Juan José Ambriz García, quien sin su valiosa ayuda, consejos, paciencia y algunos regaños el presente seminario de proyectos no hubiese sido posible de realizar y concluir.

Gracias a todos mis compañeros que cuando necesite de su apoyo y consejo me lo proporcionaron con toda sinceridad.

Gracias a mis compadres de los cuales siempre recibí un gran apoyo y ejemplo de superación.

Gracias a todas esas personas que en algún momento estuvieron pendientes de este proyecto y del cual recibí un apoyo muy especial.

ATENTAMENTE

FERNANDO OLIVARES REYES.

TABLA DE CONTENIDO

Introducción .................................................................................................................... i

Objetivos ........................................................................................................................ V

Capitulo I Historia de la ventilación y la climatización .................................................. 1

1 . 1 Antecedentes ........................................................................................................ 1 1.2 La refrigeración y ventilación como tema de estudio para la ciencia .................... 3 1.3 El aire acondicionado y la refrigeración a partir del siglo XIX ............................... 5 1.4 Comentarios de capítulo ....................................................................................... 6

Capítulo I1 Fundamentos teóricos del confort ............................................................ 9

2.1 Generalidades ...................................................................................................... 9 2.2 El intercambio de calor entre las personas y su entorno ..................................... 1 0 2.2.1 Reacciones del cuerpo humano ante los desequilibrios energéticos .......... 2.3 El clima en que nos encontramos ........................................................................ 13 2.3.1 Clima en territorio nacional ............................................................................... 14 2.4 Principios fisiológicos resultantes de la exposición al calor ................................. 16

16 2.4.2 Efectos de la hipotermia (descenso de la temperatura) .................................... 16 2.5 Algunos consejos para poder lograr el confort en nuestras viviendas o fuentes

2.6 Comentarios de capítulo ...................................................................................... 20

2.4.1 Efectos de la hipertermia, cambios altos y bajos (fiebre) ............

de trabajo .............................................................................................. .... 19

Capítulo I l l Descripción de los tipos de confort .......................................................... 21

3.1 Los diferentes tipos de confort ............................................................................. 21 3.2 Confort lumínico y/o visual ................................................................................... 22 3.3 Confort de los colores .......................................................................................... 23 3.4 Confort emocional y/o psicológico ....................................................................... 24 3.5 Confort olfativo ..................................................................................................... 25 3.6 Confort físico ................................................................................... .... 25 3.7 Confort acústico ....... ........................... .................................... 26 3.8 Confort electromagnético ..................................................................................... 28 3.9 Confort climático .................................................................. . . . . . . . . . . . 29 3.10 Confort térmico .................................................................................................. 31 3.11 Confort higro-térmico ......................................................

3.11.1.2 Variables climáticas (medio ambiente) ........................................................ 33 ............................................... 33

3.12 Comentarios de capítulo ................................................................................... 34

3.1 1 . 1 Variables de estudio del confort higro-térmico ............

3.1 1.1.3 Variables subjetivas (ser humano)

Capítulo IV Variables que intervienen para el estudio del confort higro-térmico ...... 35

4.1 Balance energético en el cuerpo humano .......................................................... 35 4.2 Mecanismos de transferencia de energía ........................................................... 36 4.2.1 Conducción ..................................................................................................... 36

......................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2.3 Radiación ....... .................................. ....................................... 37 4.3 Evaporación .......................................... ................. 38

......................................... .................. 39

4.2.2 Convección ...............................

................... 4.4 Humedad ............................... 4.4.1 Humedad absoluta del aire húm ......................................... 4.4.2 Humedad relativa ....................... .......................................... 4.4.3 Humedad específica ..................................... 4.4.4 Dispositivos usados para la medición de la h 4.4.5 Nivel de humedad para el estudio del confort ................................................ 4.5 Temperatura .......................................... ......................... 42

............................................. 41 ......................... 42

4.6 Temperaturas utilizadas para el estudio del con 4.7 Velocidad del aire .............................................. 4.8 Pureza y ventilación del aire ................... 4.9 Diagrama psicométrico ........................................................................................... 48 4.1 O Comentarios de capítulo ....................................................................... ..... 48

Capítulo V Definiciones utilizadas para la elaboración de las pruebas de confort higro-térmico ................................................................................................................. 50

5.1 Objetivos que persigue lograr la norma 55-1992 de ASHRAE ......... 5.2 Algunas definiciones ......... ................................................................................. 50 5.3 Clasificación de los parám s .............................................................................. 54 5.4 Condiciones para lograr un ambiente térmico aceptable ........................................ 54 5.5 Temperatura operativa ............................................................................................ 57 5.6 Humedad ................................................................................................................. 58 5.7 Velocidad del aire ( no direccional) ......................................................................... 59 5.8 Estados no constantes de temperatura ................................................................... 61 5.9 Temperatura cíclica ................................................................................................. 61 5.1 O Temperatura de rampa .......................................................................................... 62 5.1 1 Diferencia de la temperatura vertical del aire ........................................................ 62 5.12 Temperatura asimétrica radiante ........................................................................... 62 5.12.1 Temperatura de piso ................................................................................... 64 5.13 Velocidad del aire ................................................................................................... 64 5.13.1 Bases para encontrar la velocidad del aire ......................................................... 65 5.14 Personas con diferente nivel de actividad .............................................................. 65 5.14.1 Personas con un nivel de actividad alta ............................. 5.15 Personas descansando ....................................................................... 5.1 6 La no uniformidad en las personas .................................. 5.17 Personas con una actividad sedentaria y con ropa típica 5.17.1 Ropa .............................................................................. 5.18 Comentarios del capítulo ..................................................

Capítulo VI.- Metodología para la elaboración de las pruebas higro-térmicas ............... 74

6.1 Requisitos de la instrumentación requerida para la elaboración de las pruebas

6.2 Temperatura del aire ................................................................................................ 74 6.2.1 Instrumentos de temperatura y humedad utilizados en el laboratorio de ambiente controlado ....................................................................................................... 76 6.3 Temperatura operativa ............................................................................................. 76 6.4 Humedad ..... .... ... ........................................ 76

higro-térmicas .... ................... 74

6.4.1 Algunas observaciones ........................................................................................ 77 .77 6.5 Temperatura asimétrica radiante .....

6.5.1 Observaciones ............................................ .................................................. 77 6.5.2 Cálculos para obtener la temperat trica radiante ....................... 77 6.6 Temperatura de superficie ............................. ............................................. 78 6.7 Evaluación de los parámetros térmi ............................... 78 6.7.1 Localización de las medidas ....................................... .............................. .79 6.8 Periodos de medición ..................................................................... ................. 80 6.8.1 Velocidad del aire ......................... ............................................................... 80 6.8.2 Temperatura cíclica ....................................... .................................................. 80

..... 80

6.10 Equipo mecánico de operación para lograr las condiciones de confort ............... 81 6.1 1 Comentarios de capítulo ...................................................................................... 82

.............................................

6.8.3 Actividad y ropa ...................................................................................... 6.9 Condiciones de medición (invierno-verano) ........................................................... 81

Capítulo VI1 Elaboración de la metodología para las pruebas de confort higro-térmico en el laboratorio de Ambiente controlado de la UAM-I, para nuestras poblaciones mexicanas.. ................................................................................................................... .83

7.1 Metodología a seguir para la elaboración de las pruebas de confort en el laboratorio de ambiente controlado ...................................................... 7.2 Identificación de la gama de climas en donde se ubica

7.4 Selección de los sitios de interés ....................... 7.5 Identificación de las variables climáticas anuale 7.6 Selección de los parámetros e intervalos de variación ............................. 7.7 Selección de la estrategia de variación .............. 7.8 Selección del o los clo a utilizar durante los periodos de prueba ............................. 90 7.9 Identificación y selección de las personas que en forma voluntaria puedan y quieran contestar la encuesta ................................................................. 7.10 Realización y aplicación de la encuesta ............................ 7.1 1 Análisis de resultados .................................. 7.12 Elaboración de la carta bioclimatica local, así como la ubicación de la zona de confort ...................................................................................................................... .94 7.13 Conclusiones ........................................................................................................ .96

7.3 División territorial en función de la gama climática .................................................. 84

........

Apéndices ..................................................................................................................... .97

Bibliografía .................................................................................................................. ,108

UAM-I

El problema de análisis del uso de la energía en edificaciones se refiere, por una parte, a la búsqueda de los elementos que son determinantes en el comportamiento de los consumidores que habitan o trabajan en casas o edificios; y, por otra parte, al análisis técnico de los dispositivos que requieren de la energía para suministrar servicios, es decir, los aparatos o sistemas donde la energía se transforma en trabajo o calor para suministrar confort o para el desarrollo de una tarea específica. Básicamente se refiere al cor\sumo por refrigeración, climatización, iluminación y en general los aparatos utilizados en los hogares, en las oficinas y en los comercios.

Se pretende estudiar este problema desde varios puntos de vista en los que se conjunta los esfuerzos de varios investigadores y alumnos, entre los temas a estudiar se encuentran: Climatización, Refrigeración e iluminación.

a) En lo que se refiere a la climatización se estudian los aspectos relacionados con la envolvente de la edificación y su relación con los factores que afectan el confort higrotérmico y lumínico. Con ello se busca reducir o eliminar el uso de energéticos convencionales, utilizando los denominados alternativos. También se estuaian los dispositivos empleados en la climatización de espacios tales como los distintos sistemas de aire acondicionado, en busca de su Óptima eficiencia energética.

En México, alrededor del 60% de la población se concentra en aproximadamente 70 localidades en todo territorio nacional. Estos asentamientos presentan climas muy variables que van de los templados hasta los extremosos con temperaturas muy elevadas en verano y bajas en invierno. Por ello, el diseño, selección y mantenimiento de los sistemas de aire acondicionado y refrigeración es de relevancia.

El ser humano desarrolla todas sus actividades dentro de la atmósfera. La continua evolución de esta influye de manera benéfica o adversa en el quehacer diario del hombre y en el funcionamiento general de su organismo. Su condición de ser sedentario Io relaciona directamente con el clima de su hábitat y, es en definitiva, el factor climático el que facilita o reduce el desarrollo eficiente de sus actividades. Una de las principales funciones del organismo es la de mantener constante la temperatura interior del cuerpo en 37' C. Ello depende a su vez, del equilibrio existente entre nuestra producción de calor y sus pérdidas y ganancias.

El ser humano desde el mismo momento de nacer se encuentra inmerso en un ambiente físico, imprescindible para la vida, pero si ese ambiente se degrada podría convertirse en un enemigo para la salud del ser humano.

I

UAM-I INGENlERjA EN ENERGIA

ALGUNAS CONSIDERACIONES ACERCA DE LA CLASIFICACIÓN DEL CONFORT

La clasificación desde el punto de vista del confort climático, involucra aspectos bastante complejos, como la actividad misma del ser humano cuando realiza grandes esfuerzos físicos, o cuando su actividad es sedentaria bajo las mismas condiciones. Así mismo, la variabilidad estaciona1 e interanual de los parámetros meteorológicos o la sola variabilidad diaria de los mismos, puede ubicar el clima de un lugar como confortable en ciertas horas del día y como riguroso en otras.

Existen igualmente otros factores como las características de aclimatación de los habitantes, que definen para éstos el clima como riguroso o no. La capacidad de respuesta a las variaciones del medio, cambia notablemente de un individuo a otro, dependiendo o no solamente de su condición física y mental, sino también del lugar de residencia. Es así como las personas que han nacido y vivido permanentemente en lugares cuyos valores de temperatura y humedad se encuentran fuera de los límites de confort, pueden desempeñar trabajos que requieren gran esfuerzo, sin que su salud se deteriore notablemente, ni experimente agotamiento muy grave y sin verse afectados al trasladarse a territorios con climas considerados como confortables.

MEDICIONES DEL CONFORT CLIMATIC0

AI hablar de confort climático, o de una manara mas precisa, de la aclimatación, se deben considerar los elementos de la temperatura, la humedad, el viento, la radiación solar, y su variabilidad a través del día y del año, además de tenerse en cuenta factores como la constitución física, la edad, la alimentación y las influencias culturales de los habitantes, así como las actividades al sol o sombra y la aclimatación, esto debido a las reacciones ante una determinada situación climática que pueden variar bastante de un individuo a otro. Y ya se trate de zonas rurales o urbanas, y también de acuerdo al tipo de asentamiento urbano, ya que el mayor problema se da en las áreas crrbanas, principalmente en aquellas de reciente desarrollo y su intensidad varia de acuerdo con el estrato social.

Desde el punto de vista biotérmico, el principal inconveniente en las zonas cálidas es el de conseguir disipar con facilidad el calor metabólico que produce el cuerpo. Esto se consigue mediante la utilización de ciertos parámetros llamados de termorregulación. La sensación subjetiva de calor o frío depende de la intensidad con que estén funcionando los recursos de termorregulación, los cuales a su vez dependen de un limitado número de variables micro climática. Los recursos de termorregulación pueden ser el desplazamiento hacia lugares con mejores condiciones climáticas naturales, la fabricación de elementos que tienen como fin básico el control bioclimático (ropa, edificaciones) y en general la intervención sobre el medio ambiente para hacerlo más adecuado a las actividades humanas.

Las actividades humanas se realizan siempre en un ambiente definido en el interior de recintos o al aire libre. Nuestro interés son en las actividades que se realizan en el interior de algún recinto que se prende aislar del clima exterior. El hombre ha buscado eri todo el tiempo protegerse contra los rigores del clima, y en particular, contra las variaciones del mismo durante las estaciones del año. Esto a evolucionando al paso del tiempo, y actualmente hay sistemas que permiten el control correcto de las condiciones

UAM-I INTRODUCCI~N

ambientales, llegándose a crear verdaderos climas artificiales en los recintos en que el hombre realiza sus actividades y con ello contempla independencia de lo que suceda en el exterior.[’]

En la actualidad se sabe que el ambiente en donde el ser humano se desenvuelve influye numerosas causas para el buen desarrollo de dicha actividad que desempefia, además de que ayuda a preservar la salud, el comportamiento, el rendimiento físico, psicológico o intelectual. En la industria, además de los beneficios humanos se deben considerar los procesos que exigen condiciones especiales de temperatura, humedad ambiental específica, control de la pureza del aire, etc., todo esto para realizar los procesos en forma adecuada, entonces, se necesita un control importante en las condiciones ambientales.

Se puede mencionar que la climatización, o el acondicionamiento del aire, tiene como función esencial la generación y el adecuado mantenimiento del nivel del confort para los ocupantes de un ambiente cerrado, o bien dar garantía del mantenimiento de un conjunto de condiciones ambientales para el buen desarrollo de un proceso o actividad ambiental dentro de un recinto.

Se debe tomar en cuenta que para poder cumplir las funciones básicas de confort hay que prever la estación del año en que se encuentran los individuos, ya que las condiciones no son las mismas en verano y en invierno. A menudo estas condiciones son distintas desde el punto de vista del confort. Se puede mencionar una lista de las variables que se tienen que tomar en cuenta para lograr las condiciones optimas en cuanto a la climatización:

la temperatura del aire ambiente y, en consecuencia, la de los procesos y objetos situados en el recinto; la humedad del aire ambiente, entendiéndose en general como humedad el nivel relativo de la misma; la velocidad media o puntual del aire en el entorno de las personas o de las áreas en que se desarrolla un proceso; la pureza del aire, es decir, el nivel de contaminantes sólidos, líquidos o gaseosos existentes en el ambiente; el nivel del ruido y vibraciones existentes en el ambiente debido a los medios puestos en juego para controlar 10s anteriores parámetros.[’]

[ ‘ I Climatización de confort e industrial, Ed. Marcombo, pag 7

UAM-I INGENlERiA EN ENERGIA

Por las razones antes expuestas es importante mencionar que para lograr el confort en un recinto cerrado, ya sea oficina, casa, hospitales, escuela, sala de reuniones, etc, es de vital importancia tomar todas y cada una de las variables involucradas para lograr el confort. Hoy en la época en que vivimos no es difícil imaginar un moderno hospital o oficina sin un ambiente controlado ya que se ha demostrado que al no contar con un ambiente controlado esto puede traer problemas de salud, de rendimiento, todo esto a causa de un mal control de la climatización ya sea (refrigeración o aire acondicionado) y es un objetivo de este estudio determinar para nuestras poblaciones mexicanas un parámetro que en un futuro se pueda utilizar a lo largo y ancho del territorio nacional para alcanzar las condiciones de confort y así lograr tanto una mayor productividad como un excelente ambiente de trabajo.

Una de las metas de este estudio es tener información a cerca del confort o ambiente térmico aceptable que como ya sé a mencionado, en la actualidad y al ritmo de vida que se lleva y tomando en cuenta que en nuestro país tenemos una gran variedad de climas con sus respectivos cambios según la estación del año en que nos encontremos, es de suma importancia tener un ambiente agradable según en la zona geográfica en donde nos localicemos ya sea por motivos de trabajo, salud o descanso.

Entendiendo como confort, al momento preciso en que sentimos una satisfacción plena y de bienestar total en todos los sentidos. Entendiendo por sentidos a los medios en que se percibe el entorno que nos rodea y reaccionando a estas condiciones, logrando un estado de bienestar completo que significa estar en total tranquilidad mental y

.

['I Tesis de Maestría en Diseño. Diseño y Proyecto de una Cámara de Ambiente Controlado para el Estudio del Confort Higro-Térmico, Aire Acondicionado y Refrigeracion, UAM-A. Mónica. Díaz Barriga Herrera, pag 15.

IV

UAM-I INTRODUCCI~N

OBJ ETlVOS

a) Disponer de un análisis de las pruebas y evaluaciones sobre el confort higro-térmico en México.

b) Tener una metodología de prueba de confort higro-térmico para evaluar experimentalmente las condiciones nacionales.

c) Proponer el protocolo experimental a aplicar en el Laboratorio de Ambiente Controlado (LAC) la prueba de confort higro-térmico basado en la metodología desarrollada.

d) Generar información experimental confiable de las condiciones de confort en muestras nacionales.

V

UAM-I CAPITULO I , HISTORIA DE LA VENTILACIÓN Y LA CLIMATIZACI~N

CAPíTULO I

HISTORIA DE LA VENTILACIÓN Y LA CLIMATIZACIÓN.

1 . I ANTECEDENTES

Para el hombre prehistórico, el fuego fue el medio principal para calentar su morada, la sombra y el agua fría eran probablemente su Único alivio contra el calor. Durante millones de años no hubo mejoras significativas en las condiciones de la especie humana, aun cuando los primeros antepasados del hombre, conocieron y observaron, los efectos del frío, hielo y nieve sobre sus cuerpos y sobre su entorno -tales como la carne que traían de sus cacerías- no es hasta la historia china que se encuentra alguna referencia al uso de los fenómenos naturales de refrigeración, para mejorar la vida de la gente.

Se cree que los primeros pasos del aire acondicionado fueron conocidos alrededor de 10 O00 años antes de Cristo, es por estas razones que el aire acondicionado es tan antiguo como el hombre, la gente primitiva utilizó las pieles de los animales que cazaba, para controlar el escape o contenido de su propio calor corporal y efectuar un cambio en su confort personal. Buscando protección del sol o hallando refugio en cuevas, contra el frío o el calor.

Aunque sólo en años recientes se ha producido y utilizado a gran escala equipos de refrigeración, sus beneficios ya se habían observado desde tiempos muy remotos. Las tribus que vivían en regiones de caza cercanas a las zonas polares habían observado que la carne de los animales, o de los peces atrapados durante el invierno, se conservaban, en buen estado.

En la época actual, con base a estudios elaborados por especialistas nos podemos preguntar que: ¿Puede empezar la historia de la climatización, en los remotos tiempos de la prehistoria, cuando el hombre de las cavernas descubrió el fuego como elemento de calefacción de sus refugios?¿Cabe considerar el inicio de la climatización en el invento romano de sus ingeniosos sistemas de ventilación o de calefacción por el suelo, o de sus baños? [31

Uno de los registros escritos de mas antiguos en la epoca en que el hombre ya tenia bases de razonamiento, es probablemente la Sagrada Biblia, que menciona “La frescura de la nieve en el calor de la cosecha”, hay otros escritos esporádicos de pueblos antiguos que utilizaban hielo o nieve para enfriar.

13’ Climatización de confort e inductria1,Pere Esquerra i Pizá, Ed. Marcornbo, página 9

UAM-I INGENIERIA EN ENERGIA

Cuando el hombre tuvo un fuego no controlado en su hogar, descubrió la necesidad de tener una abertura en el tejado para de esta manera tener aire de abastecimiento y dejar fuera el humo que producía el fuego. El fuego proveía una temperatura más cómoda en época invernal y por lo tanto se presentaba una cierta sensación de comodidad.

Los antiguos egipcios observaron que los talladores de piedra que trabajaban en lugares cerrados presentaban una incidencia más alta en la necesidad de respirar que si estos trabajos se realizaran al aire libre, así el control del polvo era también un factor importante en el uso de la ventilación.

La historia y los artefactos de la cultura egipcia muestran que los nobles de este pueblo, usaron esclavos, equipados con ramas de palmas para ventilar a sus amos. As¡ la historia demuestra el uso del enfriamiento evaporativo, ya que esto suministró de alivio para el calor del desierto. El uso de los grandes sistemas para suprimir el calor era usado principalmente en el palacio del faraón. Las paredes estaban construidas de enormes bloques de piedra, con un peso superior de 1000 toneladas y de un lado pulido y el otro áspero, ya que durante la noche 3000 esclavos desmantelaban las paredes y acarreaban las piedras a el desierto del Sahara. Como la temperatura del desierto disminuye notablemente a niveles muy bajos durante el transcurso de la noche, las piedras se enfriaban y justamente antes de que amanecieran los esclavos acarreaban de regreso las piedras al sitio donde antes estaban colocadas. Se supone que el faraón disfrutaba de temperaturas alrededor de los 26.7OC, mientras que afuera del palacio la temperatura llegaba alcanzar hasta los 54OC o más.

Los romanos negaron la necesidad de tener el fuego en el interior de sus habitaciones, ya que ellos inventaron la llamada calefacción radiante, es decir, son tejas huecas debajo de los pisos de sus construcciones llamados ductos de productos calientes de combustión desde las “cocinas” alrededor de los edificios directos del suelo hacia las chimeneas, ellos desarrollaron una relación preferida por las ventanas para tener más área de luz de día y usaron pergaminos aceitados sobre las aberturas de la ventana para una gran infiltración, tiempo después los venecianos idearon un método para hacer las bases planas de las ventanas, también a los romanos se les recuerda por el diseño de calefacción y ventilación en sus famosos baños. En el Medio Oriente, el clima es seco, entonces los habitantes se colgaban mantas mojadas frente a las puertas, consiguiendo así un modo primitivo de enfriamiento de aire por evaporación.

En la edad media, la gente comenzó a darse cuenta que el aire de un edificio podría transmitir de algún modo enfermedades entre las personas que se encontraban en pequeñas salas. Las pequeñas casas y edificios se calentaban con el fuego que provenía de las chimeneas. El humo frecuentemente cubría la sala y contaminaba el aire. El Rey Carlos I de Inglaterra en 1600 decreto que ninguna construcción debería contener una altura de cielo raso no menos de I O ft (3m), y las ventanas deberían ser más amplias con el objetivo de mejorar la remoción del humo.

Es así como antes del descubrimiento de la refrigeración mecánica, .el agua se mantenía fresca almacenándola en vasijas de barro semiporosas de manera que el agua se filtre hacia fuera y se evapore. La evaporación se llevaba el calor y enfriaba el agua. Este sistema fue usado por los indios del suroeste de los Estados Unidos. El hielo natural proveniente de lagos y ríos a menudo se cortaba durante el invierno y se almacenaba en cuevas, en fosas recubiertas de paja y en edificios aislados con aserrín.

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UAM-I CAPITULO I, HISTORIA DE LA VENTILACI~N Y LA CLIMATIZACIÓN

1.2 LA REFRIGERACIÓN Y VENTlLAClÓN COMO TEMA DE ESTUDIO PARA LA CIENCIA.

Durante casi 1500 años fue poco el progreso y sólo hasta el año de 1748 se llevó a cabo el primer intento para emplear sistemas modernos. Cuando la Única forma de calentar una casa era la chimenea u hogar, la ventilación no constituía un problema, pues la mayor parte del calor que el fuego generaba ascendía por la chimenea. Se creaba, así, un tiro que mantenía en circulación el aire. Pero las chimeneas no son muy adecuadas para calentar habitaciones grandes, pues desprecian gran parte del calor que producen. Benjamín Franklin fue uno de los primeros en hallar una solución a este problema. Ideó una estufa abierta para colocarla dentro del hogar o chimenea. Como quiera que la estufa estaba parcialmente cerrada, se reducía el desperdicio del calor, sin amenguar el tiro de la chimenea.

Con el aporte de nuevas ideas basadas en el invento de Franklin surgieron las estufas completamente cerradas, excepto por la abertura para la chimenea. En esta forma se consiguió mejor calefacción, pero a expensas de la ventilación, es pues, lógico que cuando hay varias personas en una habitación calentada con estufa la atmósfera se vicie. Esto crea la necesidad, aun en días muy fríos, de abrir en vez en cuando una ventana, para que entre aire fresco. Y aun así el aire torna a ser sofocante casi tan pronto como se cierra la ventana.

Leonardo da Vinci en la Edad Media, construyó un artefacto para ventilación a fines del siglo XV, este invento consistía en un ventilador accionado por agua, para ventilar los cuartos de la casa de un amigo suyo y para el siglo XVI Robert Boyle enuncio su famosa ley en el año de 1659. En el siglo XVII algún monje desconocido ideó un ingenioso sistema de climatización para las librerías que contenían los libros de canto en el monasterio de Yuso, en la Rioja.

En 1775 el doctor escocés William Cullen hizo el vacío en un recipiente con agua para obtener hielo, en ese mismo año Lavoisier, padre de la química gaseosa, identifica las partículas que hoy se conocen como Con. Es así como en el siglo XVII, surge la pregunta ‘Qué es lo que provoca el aire contaminado?,.Es cuando aparece un investigador de esa época llamado Mayow realiza una serie de experimentos que consistían en poner pequeños animales en botellas, entonces en la base de una botella se le ponía una vela y en otra botella no había tal vela en su base, el resultado fue que la botella que contenía en su base la vela el pequeño animal murió por asfixia y la otra botella el animal sobrevivió.

En el año de 1800 cuando Frederic Tudor originario de la ciudad de Boston envió un cargamento de hielo a la ciudad de Martinique al Occidente de la India al surgir en esta ciudad la epidemia de la fiebre amarilla, es donde los médicos se dan cuenta de la gran ayuda que se puede tener utilizando el hielo como medio para llegar a la comodidad térmica, pero los médicos de los E.U. ya utilizaban el hielo para lograr una mejor rehabilitación y comodidad de sus pacientes.

En 1834, Jacob Perkins patentó un sistema de refrigeración por ciclo cerrado utilizando un compresor. Durante ese mismo año se patento también un circuito calefactor a alta presión y agua caliente. Diez años más tarde John Gorrie creó una planta por ciclo de aire

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UAM-I INGENlERiA EN ENERG¡A

para hacer hielo y enfriar el aire haciéndolo circular a través de su hospital localizado en la Florida. Durante el siglo XIX progresaron las técnicas de la calefacción y de la ventilación con el invento y perfeccionamiento de ventiladores, calderas y radiadores, en realidad la carrera apenas había comenzado y ahora se sucedían con gran rapidez las innovaciones de la ingeniería basada en nuevas teorías científicas. A principios del siglo XX se empezó a utilizarse de modo habitual el sistema de calefacción por agua caliente, primeramente por gravedad y, a partir de 1927 aproximadamente, por circulación forzada mediante la bomba aceleradora, ya que el hombre emigraba a ciudades en rápido crecimiento y, tanto en América como en Australia, aparecían enormes ranchos ganaderos; una refrigeración confiable y eficaz resultaba esencial para poder transportar carne fresca a las ciudades en cantidades suficientes. d

En el año de 1870, se logra la climatización de un gran edificio, es cuando se puede mencionar que los sistemas de calefacción y refrigeración empiezan a ser conocidos entre las personas comunes, ya que antes de esa fecha los sistemas de refrigeración eran utilizados en su mayoría para la industria, y eran pocos los empresarios que tenían en mente la idea básica del confort, fue hasta el año de 1873 cuando aparece un artículo titulado “Los diversos sistemas de enfriamiento del aire”de1 cual su autor A. Jouglet que discute la utilización del hielo como medio de comodidad enfriando, donde concluye “En un punto de hecho, este método de refrigeración debe considerarse como impracticables, mientras el hielo no sea barato y el frío no puede producirse como Io barato que sale calentar un establecimiento” [41, parece indicarse que los pocos intentos a enfriar en esa época eran hechos por curiosos o por pequeños empresarios, por citar un ejemplo se puede mencionar a un vendedor de helados quien se dijo que para tener enfriado el comedor del hotel Staten Island, en Nueva York, alrededor de 1880, el cual recomendó el uso de un sistema que soplaba el aire mediante tubos con una mezcla de hielo y sal, este es un ejemplo aislado, pero típico para una era naciente en cuanto al enfriamiento.

Es así como estos esfuerzos realizados hasta a finales del siglo XIX se dirigieron hacia la fabricación de hielo para la conservación de la carne y pescado, con algunas aplicaciones a la industria cervezera o a la petrolífera, dando algún repunte en la rama del confort .

Pero es importante hacerse la pregunta, ¿cómo se enfriaban los objetos antes de la invención de la refrigeración?, aunque ya se a mencionado algo con anterioridad respecto a la posible respuesta, esta debe ser con base a estudios y leyes que rigen este tema de estudio. Hoy en día sabemos que la producción del frío depende de unos cuantos principios simples, tales como el hecho que el calor siempre fluye de un cuerpo más caliente hacia uno más frío y nunca a la inversa. En consecuencia, para enfriar un objeto caliente antes de que se inventara la refrigeración, el material por enfriarse se colocaba junto a un objeto frío como un bloque de hielo natural, en un pozo frío, en un estanque o lago con agua fría. El uso de hielo natural y agua fría para remover calor nos proporcionó el primer sistema de enfriamiento. Y la evaporación superficial mantenía fresca el agua en los antiguos sacos o bolsas de agua de lona porosa.

14’ASHRAE JOURNAL, A History of Comfort Cooling Using Ice, Bernard Nagengast, Febrero de 1999, Vol. 11, Pág 49,50.

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UAM-I CAPITULO I, HISTORIA DE LA VENTILACIÓN Y LA CLIMATIZACI~N

Es por las razones antes mencionadas que sé siguió por la creación de dispositivos que fueran eficientes y a la vez tratando de eliminar todos los problemas que esta industria que, recién nacía, fueran exitosos y que se cumplieran con las metas que sé propusieron los pioneros de esta rama de la ciencia y tecnología.

A continuación entraremos a más detalle de cómo fue evolucionando la refrigeración y el aire acondicionado ya como tema de estudio para la ciencia.

1.3 EL AIRE ACONDICIONADO Y LA REFRIGERACIÓN A PARTIR DEL SIGLO XIX

Es así como hasta a principios del siglo XX aparece la figura de Willis H. Carrier, que se le puede considerar como el iniciador de la técnica del tratamiento científico del aire para aplicaciones de climatización. En 1902, Carrier realizó la primera instalación completa de climatización integral (verano-invierno) aplicada a la industria Iitográfica de Brooklyn, New York. Resolvió con ello el problema de la falta de uniformidad en los colores al cambiar las condiciones atmosféricas. A partir de esta primera instalación desarrolló diversos componentes para el tratamiento del aire (pulverizadores de agua, separadores de gotas, etc.) que siguen empleándose hoy en día en la misma forma sin grandes variaciones.

A Carrier se debe el establecimiento de unas bases teóricas de la psicometría del aire (relaciones entre temperatura seca, temperatura húmeda, humedad relativa, punto de rocío, etc, de la mezcla de aire y vapor de agua). En 1911 dio a conocer esta teoría conjuntamente con su famoso diagrama psicométrico. Algunos años después Mollier, en Alemania, mejoraría la teoría del aire húmedo sobre las bases de Carrier, estableciendo un nuevo diagrama psicrométrico. Con ello puede decirse que la climatización quedó firmemente asentada sobre bases científicas razonadas.

Es a partir de 1919-1920 cuando se hacen las primeras aplicaciones del acondicionamiento del aire de confort a salas cinematográficas en Chicago. Estas aplicaciones se extendieron rápidamente en el campo de la cinematografía, que fue la base para que esta industria se extendiera a otros lugares con la plena seguridad de su funcionamiento.

Pero como todo proyecto que va desarrollando van surgiendo otros problema que en este caso fue el de la sustancia que deberían usar los sistemas diseñados para lograr una mejor temperatura y por lo tanto subir la eficiencia del ciclo, a estas compuestos se les llamarían refrigerantes, ya que en esa época los que se conocían eran venenosos, explosivos o ambas cosas y otros funcionaban sólo a presiones tan altas que requerían compresores y componentes del sistema que parecían acorazados, después de una infinidad de problemas se logro encontrar soluciones a ellos por el año de 1928, cuando el vicepresidente de investigación de General Motors en los Estados Unidos llegó a la conclusión de que la refrigeración no tendría ningún éxito a menos que se pudiera encontrar un nuevo refrigerante. AI día siguiente se le planteo este problema al químico Thomas Midgely, que junto con sus colaboradores Henne y McNary coincibieron la idea de que la respuesta podría estar en un compuesto del flúor, solo tres días tardaron en encontrarlo. Eliminaron dos átomos de cloro del tetraclorometano (tetracloruro de carbono) de cada molécula para lograr el compuesto diclorodifluorometano, CC12F2.

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Designación Nombre químico Nombre ASHME* comercial

R-I 1 Tricloromonofluormetano Freón 1 1 R-I 2 Diclorodifluormetano Freón 12 R-22 Monoclorodifluormetano Freón 22

R-502 Azeótropo 22/115 Freón 502

Las pruebas confirmaron que aquel compuesto era un refrigerante excelente, inflamable y con un nivel anormalmente bajo de toxicidad. Para 1930,dos compañías, General Motors y Du Pont, formaron otra nueva empresa -Kinetic Chemical Inc,- para manufacturar el producto y llevarlo al mercado. Tiempo después por el año de 1949 la empresa Du Pont se convirtió en la única propietaria bautizando al producto como Freónl2. Llegó a ser el primero de un grupo, de rápida expansión, que hoy en la actualidad todavía están presentes en la industria y aunque por cuestiones ambientales tienden a desaparecer del mercado estos ya dejaron herencia en los llamados sustitutos de los freones. A continuación se muestra una lista de los freones que se ocuparon o todavía están en funcionamiento en la industria mexicana y/o extranjera, así como sus sustitutos que gracias a la investigación son mejores en cuanto al mejor funcionamiento del equipo y en la disminución de contaminación.

sustituto SUVA

123 134a 407C 404a

I(48,8/51/2) Tabla 1. Freones más comunes en la industria de la refrigeración y el aire acondicionado,* Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado. Fuente; Du Pont.

El nuevo refrigerante descubierto permitió a los fabricantes de equipos idear compresores y componentes de sistemas más pequeños y ligeros de lo que hasta entonces habían podido construir, aunque se tuvo que utilizar nuevos materiales, el gran auge permitió que la refrigeración llegara a millones de personas. Todo esto para poder obtener el confort en un determinado espacio, ya que nos propicia salud y productividad.

1.4 COMENTARIOS DE CAPjTULO

El concepto de climatización en general, ha evolucionado a Io largo del tiempo, así en primer lugar se puede mencionar que, la idea básica fue en crear espacios cerrados donde las inclemencias del tiempo no se hicieran sentir, de allí surge el concepto de calefacción; dando lugar al concepto y creación del confort. Más tarde se pensó en dominar las condiciones ambientales que se presentan durante el verano, con lo que nació el término que hoy en día conocemos con el nombre de aire acondicionado de confort.

A este primer aspecto de controlar la temperatura de los locales se unió rápidamente el de regular todos aquellos factores que influían de forma importante sobre la sensación de comodidad, y en consecuencia sé deberán controlar factores tales como la humedad relativa del ambiente, el grado de pureza del aire, y la velocidad del mismo en el recinto a ocupar.

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UAM-I CAPiTULO I, HISTORIA DE LA VENTILACIÓN Y LA CLIMATIZACIÓN

Si bien inicialmente surgió la climatización bajo un punto de vista exclusivo de confort, hoy en día hay razones económica, o requerimientos de ciertos procesos tecnoljgicos que imponen la existencia de la climatización en la industria.

Se ha demostrado a través de rigurosos estudios realizados principalmente en los Estados Unidos, que la productividad de los trabajadores, independientemente de la labor que se realice, aumentan en forma considerable cuando en su lugar de trabajo tienen las condiciones climáticas aceptables, ya sean que se ubiquen en oficinas, colegios, universidades, hospitales, bancos, centros comerciales, tiendas departamentales, su misma residencia y todo lugar donde se este desarrollando algún tipo de actividad, ya sea de descanso o realizando algún trabajo.

En la vida cotidiana de hoy en día es común observar la gran importancia del aire acondicionado y de la lucha en el mercado de las múltiples empresas que se dedican a este negocio, todo esto con el fin de ofrecer sus servicios y productos a sus clientes, ya que se puede mencionar el nivel de vida de un país, o su poder adquisitivo, es la referencia al número de equipos de aire acondicionado instalados” .

La frase anterior el autor nos trata de dar una idea de que en la actualidad el tener un dispositivo que nos ayude a poder lograr la sensación de comodidad, es poder tener los suficientes recursos económicos para poder adquirirlos, ya que estos tienen un determinado precio, que en nuestro país la mayoría de la población no Io puede adquirir aunque habite en lugares en que el clima sea extremoso.

Como un ejemplo se puede mencionar las grandes compañías que económicamente son muy poderosas y que tratan de tener a su personal en el mejor ambiente posible en su lugar de trabajo o a los empresarios que pueden adquirir equipos de aire acondicionado, ya sea para su casa o oficina y si se es demasiado rigorista hasta en la hora de viajar, no olvidándonos de las zonas que por el tipo de clima que prevalece es necesario para poder realizar sus actividades ya que en los casos más extremos en donde el clima es muy variado se requiere tener un equipo de aire acondicionado.

Aparte de mencionar los grandes avances tecnológicos parece probable del mejoramiento al paso del tiempo de los equipos de aire acondicionado y refrigeración todo esto con el fin de eliminar posibles riesgos para la salud y evitar daños al ambiente que tal vez puedan ser una amenaza para los seres humanos y para los alimentos que consumimos.

Y tocando el tema del ser humano y hablando desde el punto de vista ingenieril, el cuerpo humano puede ser asimilado a una máquina térmica. El cuerpo funciona convirtiendo la energía química de los alimentos en trabajo y calor. Es como una máquina; cuanto mayor es el trabajo que hacemos, más calor eliminamos.

Is] Manual de Climatización, Tomo I; Transformaciones Sicométricas, José Manuel Pinazo Ojer, IPN.1999, Pág, 16.

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UAM-I INGENIERIA EN ENERGíA

En el cuerpo humano, la eliminación de calor se efectúa principalmente por la superficie del mismo. Mediante la circulación sanguínea, el calor es transportado a la piel a través de la cual se transfiere al ambiente. El cuerpo debe eliminar calor continuamente, tanto en verano como en invierno. La temperatura y humedad del ambiente pueden influenciar profundamente la temperatura de la piel y del interior del cuerpo. Es necesario controlar el ambiente térmico si se desean mantener condiciones confortables o evitar peligros fisiológicos en actividades industriales calurosas.

Es por tanto que el cuerpo humano debe cuidarse demasiado, al igual que una máquina térmica, y es aquí donde se puede hacer la siguiente pregunta; ¿qué es lo que pasa si a la máquina térmica, por alguna razón aumenta I o C de su rango de operación?, la respuesta para personas sin mucha experiencia (esperando que no lo sea), es que no afectara en gran parte a la operación de la máquina, tal vez al momento no se le de demasiada importancia pero al paso del tiempo la máquina dejara de funcionar diagnosticando que ya no tiene compostura, esto se puede mencionar de igual manera con el cuerpo humano, ya que si este por alguna determinada razón sube su temperatura 1 OC, seguramente este ser humano enfermara, y posiblemente tenga síntomas como fiebre, tos, resequedad de garganta, que si no consultamos con algún especialista podríamos tener graves problemas de salud, afectándonos en nuestra productividad.

De todo lo mencionado anteriormente es la razón de este seminario de proyectos, que tiene como objetivo principal estudiar en nuestros habitantes el comportamiento que tienen al aplicarle ciertas pruebas de confort y tratar de hacer comparaciones con otros estudios hechos apegándonos a las normas que rigen este tema de estudio.

Como todo lo que este presente en la naturaleza, el ser humano se a dado cuenta que todo esta determinado o sigue un cierto camino bien definido, pues bien, en cuanto al tema de la refrigeración y centrándonos un poco más al tema de la climatización esto sigue el mismo principio, es decir, que para lograr un ambiente agradable debemos seguir una ruta que comienza al detectar el equipo necesario que se requiere para ventilar una cierta área, para enseguida instalarlo correctamente, después realizar las pruebas necesarias para corroborar que todo cumpla con las normas que existen ya sea tanto en el ámbito nacional o del extranjero, no olvidándolos del mantenimiento que debemos suministrarle a dicho equipo para su perfecto funcionamiento.

Podríamos seguir hablando de todos los beneficios y problemas de la refrigeración o aire acondicionado pero eso lo trataremos en los capítulos siguientes un poco mas a fondo, pero se puede pensar que la idea a sido planteada y el reto aceptado.

lngenieria del Ambito Térmico, James L. Threlkeld, Editorial Prentice Hall Internacional, Pág. 367

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UAM-I CAPITULO II FUNDAMENTOS TE6RICOS DEL CONFORT

CAPíTULO II

FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL CONFORT

2.1 GENERALIDADES

El ser humano desarrolla la mayoría de sus actividades dentro de un determinado recinto, que influye de una manera contundente en su vida en todos sus aspectos (emocional, salud, mental, etc). Es bien sabido que en la época en que vivimos es de mucho estres, responsabilidad y ello puede afectar nuestra salud, es por esto y otras razones que sé verán más adelante que hay que estar a gusto con nuestro entorno y de aquí se desprende la palabra confort que puede tener varios significados, que dependerán del punto de vista que se considere, como un ejemplo se puede preguntarle a una persona común y corriente ¿que es el confort? seguramente responderá “mantener el ambiente fresco”, pero ahora repitamos la pregunta a algún profesionista de cualquier rama de la industria, su respuesta cambiara por completo en cuanto a la definición pero no en cuanto a su contenido ya que con palabra de más o menos tratar de dar una respuesta elegante y nos responderá que”significa controlar temperatura y humedad relativa dentro de un recinto de tal modo que su producto no se altere y conserve sus propiedades”.

Hay una frase que cita lo siguiente “un mundo con mayor comodidad es un mundo mejor”, y es que hoy en día el confort es un tema relativamente reciente que gracias a los avances tecnológicos podemos lograr un bienestar en donde realicemos nuestras actividades, mejorando nuestra eficiencia para ser más Útiles en este mundo. No hay que olvidar que “todo cambio que contribuya al conforf no debe ser desechado por más pequeño que sea ya que estas pequeñas diferencias de hoy podrían traer impactanfes consecuencias el día de mañana’’.

Las frases antes mencionadas se presentan por lo regular en anuncios publicitarios de grandes compañías que se dedican a una gran variedad de servicios, como por ejemplo las líneas aéreas, automotrices, fabricantes de muebles, etc. Esto nos da una idea de que tan importante es el confort hoy en día al realizar nuestras actividades.

Hablar de confort es hablar de un amplio tema, ya que existen una gran variedad de tipos de confort en los que se pueden mencionar:

.a-

* físico emocional térmico acústico lumínico

0 visual de los colores

9


0 olfativo 0 electromagnético

De todos estos tipos de confort se puede hablar ampliamente pero solamente hablaremos con un poco mas de profundidad del confort higro-térmico, que de las definiciones anteriores estaría entre el confort térmico y el confort físico.

2.2 EL INTERCAMBIO DE CALOR ENTRE LAS PERSONAS Y SU ENTORNO

Desde el punto de vista ingenieril, el cuerpo humano puede ser asimilado a una máquina térmica. El cuerpo funciona convirtiendo la energía química de los alimentos en trabajo y calor. Es como una máquina; cuanto mayor es el trabajo que hacemos, más calor eliminamos[71 . El cuerpo humano consume alimentos en un proceso de combustión lenta, IO cual permite mantener una temperatura interna constante a 37’ C, y realizar un conjunto de actividades voluntarias (movimiento, esfuerzo físico,. . . ) e involuntarias (respiración, circulación de la sangre, etc).

El rendimiento medio de transformación en el cuerpo humano de energía térmica consumida a trabajo realizado, esta en alrededor de un 20% a 25%, debido a que el resto de energía es disipada al ambiente, y conocida como energía metabólica neta[*]. El cuerpo humano debe eliminar calor continuamente, tanto en verano como en invierno. La temperatura y humedad del ambiente pueden influenciar profundamente la temperatura de la piel y del interior del cuerpo. Es necesario controlar el ambiente térmico si se desean mantener condiciones confortables o evitar peligros fisiológicos en ciertas actividades calurosas o extremadamente frías.

Pero no solamente el ser humano necesita del control de la temperatura y humedad para estar a gusto, también en la industria es necesario controlar los parametros antes indicados como por ejemplo evitar la corrosión de materiales controlando la humedad atmosférica.

Se sabe que la energía necesaria para que el cuerpo humano “funcione’ke extrae mediante ciertas reacciones químicas, que generalmente consisten en quemar grasas y otras sustancias. Como ya se ha descrito anteriormente que la cantidad de calor es proporcional a la cantidad de trabajo realizado y si hay mas producción de calor, mayor será la cantidad de calor residual que deberá desecharse, influyendo el tamaño del cuerpo, y el peso de las personas. Para estudiar el calor corporal o metabólico suele emplearse métodos directos o indirectos. Los primeros consisten en situar al individuo en una cámara calorimétrica herméticamente cerrada y medir el aumento de temperatura que se produce, dándonos cuenta que el calor corporal producido depende de los siguientes factores:

+ Sexo (hombre o mujer). + Actividad desarrollada (sentado,caminando,corriendo). + Tamaño

[‘I Ingeniería del Ambito Térmico, James L. Threlked, Ed.Prentice Hall International, página 367 [*I Manual de Climatización Tomo II: Cargas Térmicas, Jose Manuel Pinazo Ojer, UPV y IPN, pagina 17,18

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UAM-I CAPITULO I 1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL CONFORT

Es evidente que el calor generado debe emplearse en la producción de trabajo y el resto debe ser eliminado; si no ocurre así el efecto sería desastroso, ya que aumentaría la temperatura interna del individuo.

Para poder normalizar la cantidad de energía neta que es generada por el metabolismo del cuerpo humano, se define el concepto de hombre adulto standard, el cual se considera con un peso de 70 kg. y una altura de 1.73 mi’].

El área superficial (m2) que presenta cualquier cuerpo desnudo puede obtenerse mediante la siguiente función respecto al peso (kg) y altura (m):

Ades= O. 202 ( a l t ~ t - a ) ~ . ’ ~ ~ . . . . . .. . (2. I)

Por lo que empleando los datos de un hombre estándar, en la ecuación anterior se obtendrá un valor de:

Ades=l .83 m2

2.2.1. REACCIONES DEL CUERPO HUMANO ANTE LOS DESEQUILIBRIOS ENERGÉTICOS.

Un ser humano puede ayudar a su cuerpo a mantener su propio balance térmico en diversas condiciones de exposición, atenuándolas con la vestimenta adecuada. Así mismo el ser humano tiene medios de regulación involuntarios para ajustar su temperatura en ambientes cálidos o fríos. El objetivo central de estos ajustes es evitar cambios anormales de la temperatura interior del cuerpo, lo cual podría dañar Órganos vitales.

Cuando en el balance energético del cuerpo se produce una variación de energía interna nula, el cuerpo mantiene constante su temperatura interna y, podríamos decir que, desde el punto de vista térmico, estas condiciones serían las ideales.

Si la variación de energía interna es positiva o negativa, el cuerpo reaccionará de forma involuntaria, poniendo en marcha una serie de mecanismos que tienden a compensar dicha tendencia. El sistema de regulación del cuerpo humano tiende a mantener la temperatura interna constante, con lo cual se deberá disipar mayor o menor cantidad de calor que en las condiciones normales, estas acciones del cuerpo son:

Si AE ‘0, el cuerpo hace descender ligeramente la temperatura exterior del mismo con el fin de disminuir la cantidad de energía transmitida, aunque manteniendo la misma temperatura interna. Dicho descenso de su temperatura superficial se produce por un menor flujo sanguíneo en su zona periférica. El cuerpo está trabajando con una regulación vaso-motora contra el frío, dentro de esta zona, los capilares sanguíneos adyacentes a la piel se contraen restringiendo el flujo sanguíneo y el transporte de calor a la superficie externa inmediata.El tejido exterior resulta ser así una capa aislante. Este intervalo de condiciones puede llamarse la zona de regulación vaso-motora contra el fríoig1.

Manual de Climatización Tomo I I : Cargas Térmicas, Jose Manuel Pinazo Ojer, UPV y IPN, página 17

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UAM-I INGENIERIA EN ENERGIA

Si hay una tendencia excesiva de sequedad en medio ambiente, entonces la variación negativa de la energía interna del cuerpo y por lo tanto a una pérdida excesiva de calor latente, en estas condiciones habrá una pequeña deshidratación de la piel, por Io que la transmisión de calor por difusión a través de la misma será menor.

SI pese a la activación de los mecanismos anteriores la variación de la energía sigue siendo negativa (AE-O), el cuerpo entra en una zona de regulación metabólica contra el frío, la cual consiste en realizar un incremento de actividad involuntaria (escalofríos), con el fin de aumentar la energía metabólica que es generada con respecto a la actividad que se desarrollaba. Esta energía extra se utiliza en compensar las pérdidas de calor que nos daba un resultado negativo de AE.

Pero si a pesar de estos mecanismos la variación de energía interna sigue siendo negativa, el cuerpo detiene su actividad y se produce un paulatino descenso de la temperatura interna del mismo, llamándose a esto “zona de enfriamiento inevitable del cuerpo”. Si se llega a una temperatura interna de 3loC las consecuencias pueden ser letales.

Si por el contrario el cuerpo humano se ve sometido inicialmente a un aumento de su energía interna (AE >O), este entra en una zona de regulación vaso-motora contra el calor; así en primer lugar se incrementa la temperatura exterior del cuerpo hasta acercarse a las condiciones internas (37OC), dicho aumento de temperatura se produce debido a un mayor flujo sanguíneo en la periferia del mismo, por Io tanto, produciéndose una mayor transferencia de calor al ambiente. Dicho incremento de flujo sanguíneo conlleva asimismo a un leve aumento de la cantidad de agua que el cuerpo mantiene en la piel, produciéndose un ligero incremento del calor latente intercambiado por difusión.

Si lo anterior no consigue equilibrar el balance energético y continúa la tendencia a aumentar su energía interna (AE >>O), el cuerpo pasa a la zona de regulación evaporativa contra el calor, en la cual las glándulas sudoríparas entran en acción produciendo una gran cantidad de sudor (agua) que moja parcialmente la piel; mediante dicha reacción se consigue llevar al máximo el mecanismo de intercambio de calor latente por difusión a través de la piel. Esta reacción conlleva una pérdida de agua importante que debe ser compensada (beber agua), produciendo en caso contrario, y de seguir el proceso a un período de tiempo, una parcial deshidratación.

Por último si pese a la sudoración del cuerpo no se ha conseguido compensar la tendencia positiva de variación de su energía interna, el cuerpo cesa la acción y empieza a aumentar su temperatura interna, llamándose a esta zona “de calentamiento inevitable del cuerpo”. Si llega a los 43’ C puede ser letal[’01.

Manual de Climatización Tomo I I : Cargas Térmicas, José Manuel Pinazo Ojer, UPV y IPN, página 19-21

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UAM-I CAPITULO I 1 FUNDAMENTOS TE6RICOS DEL CONFORT

2.3 EL CLIMA EN QUE NOS ENCONTRAMOS

Dependiendo del lugar de residencia ylo trabajo en el que nos encontramos, habrá una variación de temperatura, humedad y en consecuencia del clima que nos rodea, ya que se puede ubicar el clima de un determinado lugar como confortable a ciertas horas del día y como riguroso en otras. Es por estas razones que existen otros factores como las características de aclimatación de los habitantes, que se define el clima como riguroso o no. La capacidad de respuesta a las variaciones del medio, cambia notablemente de un individuo a otro, dependiendo no solamente de su condición física y mental, sino también del lugar de residencia. Es así como las personas que han nacido y vivido permanentemente en lugares cuyos valores de temperatura y humedad se encuentran fuera del confort, pueden desempeñar trabajos que requieren gran esfuerzo, sin que su salud se deteriore notablemente, ni experimente agotamiento peligroso y sin verse afectados al trasladarse a territorio con climas considerados confortables.

Es aquí donde se deben considerar elementos meteorológicos básicos como son la temperatura, la humedad, el viento y la radiación solar, y su variabilidad a través del día y de/ año, no olvidando los factores tales tomo .la constitución física, la edad, la dieta, el grado de alimentación y /as influencias culturales de los habitantes, así como las actividades al sol o sombra y la aclimatación. Esto debido a que las reacciones ante una determinada situación climática pueden variar de un individuo a otro, ya se trate de zonas rurales o urbanas, y también de acuerdo al tipo de asentamiento urbano.

El mayor problema se da en las áreas urbanas, principalmente en aquellas de reciente desarrollo y su intensidad varía de acuerdo con el estrato social. Las mejores áreas, más aireadas, más libres de los efectos contaminantes del transito vehicular o de las industrias y de los fenómenos naturales, corresponden a clases más altas.

Desde el punto de vista biotérmico, el principal problema en las zonas cálidas es el de conseguir disipar con facilidad el calor metabólico que produce el cuerpo. Esto se consigue mediante la utilización de ciertos recursos llamados termorregulación. La sensación subjetiva de calor o frío depende de la intensidad con que estén funcionando los recursos de termorregulación, los cuales dependen de un limitado número de variables microclimáticas. Los recursos de termorregulación pueden ser el desplazamiento hacia lugares con mejores condiciones climaticas naturales, la fabricación de elementos que tienen como fin básico el control bioclimático (ropa, edificaciones) y en general la intervención sobre el medio ambiente para hacerlo mas adecuado a las actividades humanas.

Los mecanismos fisiológicos de termorregulación como la sudoración, el flujo de circulación subcutánea, el ritmo respiratorio, la actividad muscular involuntaria, la modificación del apetito y del ritmo cardiaco, son de naturaleza involuntaria.

Así como es temporada de frío y de una velocidad de viento elevada, se utiliza ropa adecuada o permanecer en sitios abrigados como mecanismo para mantener la temperatura. Si el medio ambiente está a una temperatura inferior a la de la piel, se producirán pérdidas por radiación, que se aumentan por el movimiento del aire o de la personas, en este caso la humedad tiene poco efecto sobre el bienestar humano, aunque el aire seco puede causar sed.

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UAM-I INGENlERiA EN ENERGiA

En el caso de que el medio ambiente se encuentre a mayor temperatura, el mecanismo de termorregulación que utiliza el ser humano es la transpiración, dando lugar así a una refrigeración natural en el organismo que tiende a equilibrar la temperatura. Si además hay movimiento del aire se acelera la disipación del calor por evaporación, el cuerpo humano está en capacidad de evaporar hasta 3 kg, de agua por hora. Con temperaturas y humedades altas, el trabajo físico se vuelve agotador, ya que el aire pierde la capacidad de admitir vapor, y este factor puede volverse aún mucho más crítico si no hay viento, pero si se presentan humedades relativas menores al 25% se tiene el otro extremo, la excesiva y rápida evaporación del sudor puede producir deshidratación del organismo y perturbaciones por enfriamiento.

2.3.1 EL CLIMA EN TERRITORIO NACIONAL["]

Debido a su ubicación y a su topografía, México cuenta con una gran diversidad de climas: desde los cálidos, con temperaturas medias anuales mayores a 26 OC, hasta los fríos, con temperaturas menores a 10 OC; sin embargo el 93 % del territorio nacional oscila entre temperaturas de 1 O OC y 26 OC; este porcentaje comprende aproximadamente climas cálidos-subhúmedos en un 23 % del territorio nacional; secos en 28 YO, muy secos 21 % y templados-subhúmedos en 21 por ciento.

En México el clima está determinado por varios factores, entre los que se encuentran la altitud sobre el nivel del mar, la latitud geográfica, las diversas condiciones atmosféricas y la distribución existente de tierra y agua. Por lo anterior, el país cuenta con una gran diversidad de climas, los cuales de manera muy general pueden clasificarse, según su temperatura, en cálido y templado; y de acuerdo con la humedad existente en el medio, en: húmedo, subhúmedo y muy seco.

El clima seco se encuentra en la mayor parte del centro y norte del país, región que comprende el 28.3% del territorio nacional; se caracteriza por la circulación de los vientos, lo cual provoca escasa nubosidad y precipitaciones de 300 a 600 mm anuales, con temperaturas en promedio de 22" a 26" C en algunas regiones, y en otras de 18" a 22" C. El clima muy seco registra temperaturas en promedio de 18" a 22"C, con casos extremos de más de 26°C; presentando precipitaciones anuales de 100 a 300 mm en promedio, se encuentra en el 20.8% del país.

En relación con el clima cálido, éste se subdivide en cálido húmedo y cálido subhúmedo. El primero de ellos ocupa el 4.7% del territorio nacional y se caracteriza por tener una temperatura media anual entre 22" y 26°C y precipitaciones de 2,000 a 4,000 mm anuales. Por su parte, el clima cálido subhúmedo se encuentra en el 23% del país; en él se registran precipitaciones entre 1,000 y 2,000 mm anuales y temperaturas que oscilan de 22" y 26"C, con regiones en donde superan los 26°C. Finalmente, el clima templado se divide en húmedo y subhúmedo; en el primero de ellos se registran temperaturas entre 18" y 22°C y precipitaciones en promedio de 2,000 a 4,000 mm anuales; comprende el 2.7% del territorio nacional. Respecto al clima templado subhúmedo, se encuentra en el 20.5% del país, observa en su mayoría temperaturas entre IO" y 18°C y de 18" a 22"C, sin embargo en algunas regiones puede disminuir a menos de 10°C; registra precipitaciones de 600 a 1,000 mm en promedio durante el año.

I ' ' I www.inegi.gob.mx

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UAM-I CAPiTULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL CONFORT

~ - _ _ . - _ _ _ __-__.- .. r---

Subhúmedo 21% Seco

23% J 70

Figura 2.1 Porcentaje de los tipos de climas presentes en la República Mexicana. Fuente: INEGI

I 60

50

g 40

5 30 'c3

P a 20 10

O 0) S 0-

I

5' (D 3-

3 n O

(D cl O

&T. mín.prom. -+- T. máx. prom.

Figura 2.2 Temperaturas promedio presentes en la República Mexicana. Fuente: INEGI

En el apéndice I, J de este trabajo se pueden encontrar mapas de la R.M, que nos muestran los diferentes tipos de climas presentes en territorio nacional, así como de la HR.

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2.4 PRINCIPIOS FlSlOLOGlCOS RESULTANTES DE LA EXPOSICIÓN AL CALOR

Cuando un ser humano se halla expuesto a un determinado calentamiento, la temperatura interna del cuerpo se elevará. Existiendo diversos peligros fisiológicos y su severidad dependerá de la cantidad y el tiempo de elevación de la temperatura.

El agotamiento térmico es debido a un fallo de la circulación sanguínea normal. Los síntomas de agotamiento térmico incluyen fatiga, dolor de cabeza, vertigos, vómitos y reacciones mentales anormales como irritabilidad. Un agotamiento térmico no origina daños permanentes en general, y la recuperación es rápida cuando la persona es puesta en un lugar frío.

Calambres térmicos resultan de la pérdida de sal por una velocidad de transpiración excesiva. Se presentan espasmos musculares dolorosos que pueden evitarse utilizando tabletas de sal.

Shock térmico es el riesgo más serio. Cuando un hombre es expuesto a calor excesivo, la temperatura del cuerpo puede subir rápidamente a 58.3 OC o más. A temperaturas tan elevadas, el sudor cesa y el sujeto puede entrar en coma, con muerte inminente. El individuo que sufre un shock térmico puede sufrir un daño permanente en el cerebro[’21.

2.4.1 EFECTOS DE LA HIPERTERMIA, CAMBIOS ALTOS Y BAJOS (FIEBRE)‘’31.

Consecuencias: Orígenes.- fiebre, ambiente térmico caliente, metabolismo muy intenso.

Graves alteraciones del funcionamiento del sistema nervioso central hacia 41,42’ C; convulsiones, delirio (aparición a un nivel térmico más bajo en los niños).

Desnaturalización irreversible de las proteínas, hacia 44, 45OC.

2.4.2 EFECTOS DE LA HIPOTERMIA (DESCENSO DE LA TEMPERATURA)[’31

Tolerancia bastante buena del sistema nervioso Para 37OC > Temperatura central > 3OoC lucha del organismo contra el frío (por medio de calosfríos, aumento del metabolismo) Para 3OoC >Temperatura central > de 25OC no existe lucha contra el frío; el enfriamiento es pasivo y hay pérdidas de la conciencia.

‘’’’ Ingeniería del Ambito Termico, James L. Threlkeld, Ed. Prentice Hall Internaciona1,página 372 [131Ergonornía (Fisiología del Trabajo), Dirección General de Medicina y Seguridad en el Trabajo, Secretaría del Trabajo y Previsión Social, Ed. Popular de los Trabajadores.

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UAM-I CAPITULO I I FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL CONFORT

Para temperatura central menor de 25'C hay disminución de la circulación y de la respiración, pero el sistema nervioso central no tiene entonces necesidad más que de un poco de oxígeno. El calentamiento pasivo es posible así como el retorno al estado normal aun en caso de paro cardiaco. Un estimulante cardíaco es en algunas ocasiones necesario.

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UAM-I INGENlERjA EN ENERGiA

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FIGURA 2.3 Temperaturas presentes en diferentes partes del cuerpo humano según el medio donde se encuentre (frío, caluroso). Fuente: Ergonomía (Fisiología del Trabajo), Dirección General de Medicina y Seguridad en el Trabajo, Secretaría del Trabajo y Previsión Social, Ed. Popular de los Trabajadores.

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UAM-I CAPITULO I 1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL CONFORT

2.5 ALGUNOS CONSEJOS PARA PODER LOGRAR EL CONFORT EN NUESTRAS VIVIENDAS O FUENTES DE TRABAJOL141.

A continuación se dan algunos consejos que pueden llegarnos a ser M e s parea poder lograr un confort.

1. Es importante un correcto emplazamiento de la vivienda. Evitando zonas industriales de gran contaminación atmosférica, muy ruidosas, cercanas a grandes líneas de tensión o cuyo subsuelo esté recorrido por venas de agua subterránea o fallas geológicas.

2. La vegetación abundante, tanto en el exterior como en el interior de la casa, permite disminuir los efectos de la contaminación atmosférica, los ruidos y ayudan al confort térmico, climático y de correcta humedad relativa ambiental. Se han realizado estudios en los cuales se comprueba que las plantas en el interior de un recinto, tienen un efecto descontaminante, al eliminar en pocas horas en más de un 80% sustancias tan tóxicas como el benceno y el tricloroetileno.

3. El buen diseño bioclimatico de la vivienda y la correcta orientación solar, es importante para que regule correctamente los cambios climáticos y de temperatura, manteniendo un perfecto confort térmico y ambiental sin gastos energéticos adicionales, al tiempo que se mantiene una correcta renovación del aire, respetando la respiración del local por todos sus poros (paredes, techos).

4. Los materiales de construcción de las viviendas o edificios deberán ser lo más naturales posibles, evitando materiales tóxicos, radiactivos, que generen gases o electricidad como sucede con los plásticos, las superficies lacadas y con las fibras sintéticas. Los ladrillos cerámicos, la piedra, la madera, las fibras vegetales, el adobe de tierra y los morteros con abundante cal, serán preferibles al hormigón armado con mucho hierro, al aluminio, al PVC o al exceso de cemento y aditivos químicos-sintéticos en las construcciones.

5. Las pinturas, que sean naturales o al menos no tóxicas o con supuestos efectos alérgicos. Existen en el mercado una amplia gama de pinturas ecológicas, se recomiendan las pinturas de: silicato, por ser totalmente minerales, resistentes al fuego o a la contaminación, lavables, no tóxicas, permiten respirar las paredes y son de gran durabilidad.

6. Para el mobiliario y la decoración interior se recomienda la madera y las fibras naturales. La madera se puede tratar con aceites y barnices ecológicos, Se deben evitar los muebles y maderas aglomeradas con formaldehídos y colas pentaclorofenos - altamente tóxicos -.

7. Una correcta ventilación nos permitirá evitar problemas de acumulación de tóxicos en la vivienda o del temido gas radón, que en las zonas graníticas es causa de cánceres de pulmón cuando su concentración es alta.

8 . Evitar la contaminación eléctrica producida por líneas eléctricas y transformadores cercanos a la vivienda. Evitar de igual manera la presencia de aparatos eléctricos y electrodomésticos cercanos a los lugares de reposo.

19


9. Procurar orientar las cabeceras de las camas hacia el Norte magnético, si queremos dormir relajados y hacia el Este si deseamos recuperar fuerza. Es importante que la cama no este situada sobre corrientes de agua subterráneas, fallas geológicas o líneas magnéticas que provocarán -a corto plazo- serios trastornos de salud por exceso de radiación acumulada.

1 O. El ahorro energético, electricidad, gas, agua, etc.son premisas indispensables para una casa sana tanto para sus moradores, como para el entorno. El medio ambiente merece un serio y responsable respeto en el que todos debemos colaborar con los granitos de arena. Se trata de nuestra salud y la del planeta, que definitivamente es de todos nuestra casa.

2.6 COMENTARIOS DE CAPíTULO.

Es así como se puede describir que ante la falta de un ambiente sano, ya sea natural o artificial, y a la ausencia del confort, el ser humano puede tener graves riesgos en su salud (física, emocional, psicológica, etc), que puede traer graves consecuencias tanto para el individuo como para la gente que le rodea. No esta de más en tratar de lograr un ambiente confortable, para su propio bienestar. Como se ha descrito anteriormente el ser humano necesita sentirse relajado, contento al realizar sus labores y con ello traerá una mejor salud en su persona y una desarrollo personal alto.

No olvidando que con los tips dados anteriormente uno puede mejorar el ambiente laboral o de la casa, para un futuro mejor.

'14' Acondicionamiento bioclimático para la ciudad de Guadalajara, Áviia David Carlos, Ed. Universidad de Guadalajara, México, 1997.

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UAM-I CAPiTlLO Ill TIPOS DE CONFORT

CAPiTULO 111

DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE CONFORT.

3.1 LOS DIFERENTES TIPOS DE CONFORT.

Para empezar este capítulo es importante hacer notar que todo cambio que contribuya al confort no debe ser desechado por mas pequeño que sea.

De las 8760 hrs. que tiene un año, 2100 están dedicadas, como mínimo al trabajo. Por ello es de suma importancia que se tenga un ambiente de confort ya que hay un aumento en la productividad, entonces es necesario mejorar las condiciones ambientales del recinto y evitar las deficiencias en aspectos de iluminación, ambiente térmico o acústica que están presentes en los lugares de trabajo, de descanso, recreativas o en nuestro hogar.

El confort humano que este percibe en un determinado lugar es muy complejo. La causa está en que intervienen a la vez parámetros y factores diversos. Por un lado encontramos los parámetros ambientales o de confort, lo que se podría definir como las características objetivas de un espacio determinado, que pueden valorarse en términos energéticos y que resumen las acciones que reciben las personas.

Son los parámetros que puedan analizarse de forma independiente del usuario y objeto directo del diseño ambiental. Algunos de estos parámetros son específicos para cada sentido (térmico, acústico, visual.. .) y permiten ser calculados con unidades físicas (grado centígrado, decibelios, lux...), otros son los parámetros generales y afectan a todos los sentidos.

En un segundo grupo existen los factores de confort, las características que corresponden a los usuarios del espacio, y que son las condiciones externas a las que corresponde a cada usuario del espacio, y que son las condiciones externas al ambiente pero que influyen en la apreciación del ambiente por parte del usuario.

En el capítulo anterior se han mencionado los diferentes tipos de confort, y en este capítulo se trataran un poco más a fondo, tratando de entender que son necesario estos tipos de confort para alcanzar un mejor ambiente y con ello un mejor estado de salud en todos los aspectos.

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UAM-I INGENlERíA EN ENERGiA

3.2 CONFORT LUMíNlCO Y/O VISUAL.

El confort lumínico se presenta cuando la vista realiza su función con la mayor eficiencia y en relación con la actividad que desempeña. Está en función del tipo de luz, natural o artificial, de la calidad de luz, su cualidad cromática y la cantidad de luz['51. En un recinto mal iluminado son causa principal de la pérdida de la productividad además de un gasto energético excesivo. Una iluminación deficiente provoca dolores de cabeza y perjudica a los ojos.

En la mayoría de los recintos comúnmente las instalaciones de iluminación -son inadecuadas; para la actividad laboral que se desarrollan, los focos de tipo fluorescentes que emiten un centelleo que cansa de forma considerable al nervio óptico el que se ve forzado a adaptarse a esos constantes cambios.

La iluminación general habrá de tener una iluminación adecuada a cada afinidad; esto sera variable y dependiente de la actividad. Con una iluminación de circulación entre 25 a 35 lux en aquellos lugares de trabajo que no requieran de una visualización precisa, como sería el caso de supervisión en la calidad de los productos, puede ser alcanzada una buena agudeza visual en recintos y sera optima en todos con 250 a 350 lux; mas allá de este rango aumenta con lentitud la capacidad visual. Cuando se desee lograr una mayor eficiencia será necesario, entonces, elevar este nivel, aunque sin olvidar que en iluminación, como en calefacción, el grado excesivo es siempre sofocante y abrumador, y sobre todo cuando no existe equilibrio entre la luz general y la de las areas de trabajo, que son las que requieren de mayor esfuerzo visual.

Las pequeñas diferencias entre el campo de trabajo y el área circundante tiene poca importancia, pero si aquellas son excesivas se sitúa al ojo en sobreesfuerzo y este acusa, en mas o menos tiempo, según su capacidad de resistencia, una disminución de su agudeza, desarreglos y un estado de fatiga que se traduce en daño del rendimiento y de la calidad y en quebranto de la moral del trabajador.

Es así como las características luminosas del ambiente afectan tanto las funciones visuales fisiológicas (percepción visual) como las funciones visuales psicológicas que contribuyen a la seguridad, confort y satisfacción del hombre en su medio ambiente visual.

El confort visual se produce cuando podemos tener una buena visión y rápida distinción del objeto de trabajo con el mínimo de fatiga visual. Para lograr estas condiciones es necesario garantizar un nivel de iluminación o cantidad de luz, adecuado al trabajo visual que se realice y una buena calidad de iluminación.

Para medir el nivel de iluminación en un punto se utiliza un luxómetro. El nivel de iluminación natural es la intensidad de la iluminación con respecto a otra que sirve de referencia. Se mide mediante el coeficiente de iluminación natural o factor de día.

'lsl Tesis de Maestría en diseño línea arquitectura bioclimatica, Monica Díaz Barriga Herrera; pág 32,1999.

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UAM-I CAP~TILO I I I TIPOS DE CONFORT

En la calidad de la iluminación natural influyen ciertos factores, que son los siguientes:

0 Uniformidad de la iluminación. Deslumbramiento.

0 Contraste del objeto de trabajo con el fondo. Dirección de los rayos luminosos.

En la calidad del alumbrado o sistema de iluminación artificial, los factores más importantes a tener en cuenta son, entre otros:

Deslumbramiento. Relaciones de brillo.

0 Difusión o uniformidad. Color.

0 Deslumbramiento.

3.3 EL CONFORT DE LOS COLORES.

La intervención del color en oficinas no es para crear una sensación agradable o la puramente estética como aquel sentido que se aplica en los hogares, teatros, cines, cafés, etc., sino para asegurar una atmósfera de calma y eficiencia, sin elementos que entregan o distraigan la atención del empleado o trabajador y por medio de colores funcionales, para eliminar contrastes molestos, reducir los constantes reajustes de los ojos, facilitar la visión y concentrar la visión en la tarea.

Unos locales con un mobiliario anacrónico, mal iluminados y con paredes grises, sucias o cubiertas de un blanco irritante crean una atmósfera deprimente y tediosa y producen trastornos visuales, dolores de cabeza y un malestar físico que determinan un trabajo escaso y deficiente y unos irreprimibles deseos de evasión. La efectividad de la aplicación del color funcional en los recintos son muy numerosos y en todos se manifiesta en una gran mejora del rendimiento y la calidad del trabajo, y como los colores adecuados a la función sirven para elevar la moral y proporcionar un clima físicamente cómodo y psicológicamente

La luz natural es la iluminación mas confortable para los ojos y debe ser utilizada en su máximo rendimiento. Aunque el sol se proyecte directamente en las ventanas no debe ser interceptada su luz porque se considere molesta, sino que habrá de ser aprovechada difundiéndola y graduando su intensidad por medio de persianas de plástico; estas, al llegar la noche, sirven como reflectores de la luz artificial y en aumento de la potencialidad de esta.

www.arquired.com.mx

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UAM-I INGENIERIA EN ENERGiA

La temperatura del ambiente debe contrastarse para hacer más confortable psicológicamente el lugar de trabajo, por lo tanto, si la misma es elevada debe optarse por los colores fríos, (verde, azul) y elegirse tonalidades cálidas (durazno, marfil, crema) si se trata de temperaturas bajas, por esto el concepto del color ya no se considera como un simple valor estético o decorativo, sino como un medio para obtener los mejores resultados funcionales y de ambiente en un bien acordado ajuste con la luz, con los materiales y con las líneas.

Existe un empleo convencional de los colores, basado en motivaciones psicológicas, significados simbólicos o emocionales, indicativo de determinadas situaciones que pueden darse en ambientes de trabajo.

La selección del color dependerá del tipo de establecimiento en el que se quiera tener un ambiente agradable, no es lo mismo seleccionar colores para una industria, unas oficinas o un hospital, para ello se debe recurrir con especialistas en la materia.

3.4 CONFORT EMOCIONAL Y/O PSICOLÓGICO

Es en el cerebro donde se traducen las percepciones realizadas por los sentidos y el sistema nervioso. A través del conocimiento y experiencias se puede sentir un estado de bienestar o incomodidad. La función de procesar los impulsos enviados por los sentidos o el sistema nervioso, generando una respuesta global en un momento especifico donde sé conjuga toda la información adquirida por partes. Para explicar las reacciones del cerebro de acuerdo con las diferentes estimulaciones del medio, se han desarrollado diferentes teorías. Entre todas estas teorías desarrolladas la que más se acerca a lo que nos interesa es la llamada teoría hedonistas que son las que se refieren a lo placentero y desagradable.

Covarr~bias[”~ en su libro cita a Berlyne que en 1971, menciona que existen dos “valores de incentivo” uno positivo y el otro negativo, los cuales, producen una activación en los centros cerebrales de recompensa y castigo, llamado “Sistema primario de recompensa” y “Sistema de aversión”. Esto quiere decir que se estimula una parte del placer o de desagrado del cerebro de acuerdo a la información procesada.

Es por estas causas que habrá que comprender el gusto individual de cualquier cosa, o determinar si hay otro tipo de problemas, es decir, que el individuo puede tener algún tipo de estrés que cause algún tipo de descontento con el medio que le rodea.

‘ [ 171 Covarrubias J , Complejidad y conducta en la arquitectura, UAM-A, México, 1986, pág 199-201

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3.5 CONFORT OLFATIVO

Este tipo de confort se basa en los olores desagradables y los trata de reducir, pueden ser consecuencia de una mala ventilación que son producidos por algún tipo de contaminante que se introduce al organismo por el sentido del olfato. Se pueden utilizar para poder eliminar los malos olores productos químicos de los cuales ya hay muchos en el mercado que enmascaran los olores desagradables o eliminan la fuente productora de contaminación que no siempre es fácil de lograr.

Compuestos químicos y biológicos pueden estar presentes en el aire y causar algún tipo de malestar. Los contaminantes más significativos son dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapores orgánicos, fibras, polvillos en suspensión. Los propios ocupantes se pueden convertir en fuentes de contaminación al fumar que es cuando se origina humo que es reciclado por el sistema de ventilación y es distribuido por todo el recinto y lo mismo ocurre con los materiales usados para la limpieza y desinfección, con .el ozono desprendido por las fotocopiadoras, y con los productos que se lanzan al ambiente. No hay que olvidar los contaminantes que pueden proceder del exterior en función de cómo se realiza la toma del aire exterior.

3.6 CONFORT FíSlCO

Se puede decir que es el espacio personal de cada individuo y de cuanto se desee trabajar o descansar, que este tipo de confort esta íntimamente ligada con el ambiente térmico, que es cuando una persona tiene la sensación de incomodidad producida por un exceso de calor provocando un cansancio físico, mental, cambio de humor, somnolencia, y una disminución de productividad.

También se puede describir como el confort postural que se compone de todos aquellos elementos que tradicionalmente han formado parte de la ergonomia postural, y que tienen que ver sobre todo con el estado de salud del sistema músculo-esquelético y circulatorio.

Algunas posibles molestias que se pueden presentar son:

- -

-

Manifestaciones inflamatorias de las articulaciones (hombros y brazos) Afecciones de la columna y espalda (lumbalgias, dorsalgias, ciáticas, lesiones de disco vertebral, etc) e Insuficiencia circulatoria, por esa reducción general del funcionamiento del aparato locomotor, que pueden tener muy diversa graduación.

Para alcanzar un determinado confort físico hay que determinar que:

- -

-

Posición del individuo respecto a la mesa, Altura relativas del conjunto de artículos ocupados, como pueden ser escritorios, computadoras, maquinaria, etc. Medidas antropométricas y ángulos articulares-funcionales.

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Es aqui donde entra el estudio de la ergonomía y las posibles normas que deben cumplir las empresas que se dedican a valorar los parámetros necesarios para que el individuo pueda desarrollar sus actividades de una forma más benéfica, desarrollando nuevas bases para estar más a gusto en nuestro centro de trabajo u hogar.

3.7 CONFORT ACÚSTICO

El confort acústico considera el sentido del oído como el medio receptor. Se refiere a la percepción del sonido en un nivel sonoro adecuado y a la calidad sonora. El sonido es una forma de energía que viaja a través de un medio, ya sea el aire o un sólido y llega a nuestro oído. Dentro del oído hace vibrar una serie de mecanismos internos y envía una señal al cerebro que lo traduce a un sonido y cuenta con dos características:

Sonoridad; fuerza con que se percibe un sonido, es la presión que hace vibrar al tímpano, se mide en niveles de presión acústica, NPA. Intensidad sonora; cantidad de energía transmitida a través del aire, varía en función de la distancia de la fuente y el individuo, se mide en decibeles dBa, que incluye todos los rangos de frecuencia.

El sonido es la percepción del oído humano frente a la vibración del aire producida por una onda sonora; esta vibración se traduce en unos campos de presión, con valores alternativamente superiores e inferiores a la presión atmosférica. Las características fundamentales de la onda sonora son la frecuencia y la amplitud.

Frecuencia; es el número de ciclos por segundo. Amplitud; es la variación máxima de presión.

El oído humano puede captar ondas sonoras comprendidas en el intervalo de frecuencias de 20 a 20,000 herz (1 herz=l variación por segundo); los sonidos más débiles corresponderían a una amplitud de presión de ZxIOs5 Pa (20 pPa). Así pues, el oído humano es un órgano extremadamente sensible.

A causa del gran intervalo de intensidades que es capaz de detectar el oído, es preferible utilizar una magnitud logarítmica, denominada nivel de intensidad, L, definida como[’81:

L=10 log I / l o ................ (3.1)

Donde:

L.- log.- indica logaritmo decimal 1.- lo.- mas bajo que puede percibirse.

es el nivel de intensidad (dB)

es la intensidad del sonido que se considera (W/m2) es una intensidad de referencia igual a IO- ’ * W/m2, que se considera el nivel sonoro

”” Rufes Martinez Pedro, Difusión del aire en locales; Ed. CEAC, 1999, pag 24-26

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UAM-I CAPITILO Ill TIPOS DE CONFORT

De suerte de indicar la intensidad sonora en los niveles adecuados al sitio o lugar acorde con la afinidad que se desarrolle.

Pero ¿Por qué acondicionar acústicamente?. Basicamente, existen dos razones por las que vale la pena acondicionar acústicamente; por confort y por seguridad.

A menudo, a la hora de diseñar o reformar un recinto cerrado se presta poca o ninguna atención al apartado de acondicionamiento acústico. Las consecuencias de esto son locales con una pobre calidad de sonido, fuerte reverberación, etc. La solución no pasa, como erróneamente se cree, por aumentar el volumen de la megafonía, sino por lograr que la onda sonora rebote lo mínimo posible en las superficies. Esto se puede conseguir revistiendo las paredes y/o techos de materiales acústicos.

La segunda razón para acondicionar acústicamente un recinto es la seguridad en el trabajo. Refiriéndose en el casos de las industrias con maquinaria ruidosa. El alto nivel de ruido generado por la maquinaria exige tomar medidas de protección acústica. Normalmente se dota al personal de auriculares de protección, pero a veces es también es necesario un tratamiento integral de la nave; paredes y techos deben ser acondicionados para absorber las ondas sonoras.

El efecto fisiológico del ambiente sonoro acumulativo (migraña, nerviosismo, perturbaciones de la atención, dificultad de concentración, etc.) hace que este siga siendo un factor nocivo que debe reducirse.

Algunas recomendaciones pueden ser:

1. Sería deseable imaginar una disposición tal de los puestos de trabajo que permitan armonizar el nivel sonoro con las necesidades de: comunicación verbal obligada, concentración y atención de los operadores.

2. Recordar que el ambiente sonoro es el resultado de la interacción de:

Las dimensiones del local;

Número de operadores.

Las características de la fuente emisora (impresoras, procesadores, fotocopiadoras, comunicaciones verbales, etc.)

El tipo de materiales usados (tabiques ligeros, móviles, falso techo, superficies acr i st a I ad as, et c) .

3. Existen diversos procedimientos para reducir un ambiente sonoro, entre los que cabe señalar.

0 La protección individual.

La reducción de la fuente de emisión; La reducción en la propagación, y

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DESCRiClON DEL RUIDO Máximo audible, llamado umbral de la sensación desagradable. Calle con mucho tráfico. Conversación pausada. Hogar con la radio o la televisión moderadamente baja Hogar tranquilo con la radio o la t.v. moderadamente baja. Conversación en voz baja. Umbral de sensación sonora.

4. Un nivel sonoro inadecuado puede provocar algunos efectos nocivos sobre la salud y el trabajo:

NIVEL DE INTENSIDAD EN DB 120

75 65 50

40

20 O

Disminuye el rendimiento del orden del 30% para el trabajo manual y del 60% para el intelectual. Provoca alrededor del 60% de los errores de cálculo y del 50% de los mecanográfos y origina además cerca del 20% de los accidentes de trabajo, y Causa, entre otros, los siguientes efectos fisiológicos: fatiga auditiva, lesiones del sistema auditivo permanentes o temporales, aceleración del ritmo cardiac0 y respiratorio, elevación de la tensión arterial por efecto de la vasoconstricción y trastornos digestivos.

En nuestro tema de estudio esta en el uso de los aparatos mecánicos asociados a climatización activa que producen inevitablemente ruido, dado que un nivel de ruido aceptable está asociado con el bienestar humano, debe tenerse en cuenta este factor cuando se elige el equipo adecuado.

En la tabla 3.1, se indican niveles de intensidad correspondientes a diversos ruidos tí picos.

TABLA 3.1. Niveles de intensidad debidas a diversos ruidos típicos

3.8 CONFORT ELECTROMAGNÉTICO.

En nuestro medio ambiente cotidiano estamos rodeados de energía electromagnética, que se deberá entender este tipo de energía como la energía por medio de la radiación electromagnética, que puede ser contaminante propiciando un tipo de malestar a los organismos. Un ejemplo de esta energía pueden ser los aparatos eléctricos, las telecomunicaciones (microondas), que inciden constantemente en nuestro organismo.

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UAM-I CAPITILO I l l TIPOS DE CONFORT

La exposición constante y prolongada a este tipo de radiaciones puede provocar algún malestar o hacernos más propensos a algún padecimiento. Para evitar la contaminación electromagnética se debe evitar el contacto prolongado o continuo con las radiaci~nes"'~.

3.9 CONFORT CLIMÁTICO.

El confort climático que experimentan los ocupantes de los espacios diseñados afecta directa e indirectamente su comportamiento, su salud y su desenvolvimiento dentro de la misma sociedad. Así mismo, esto se traduce en costos; si se considera que una persona inmersa en un ambiente climáticamente inadecuado tiende a disminuir su rendimiento laboral al experimentar somnolencia, tener inasistencia por enfermedades en las vías respiratorias, entre otros síntomas.

Esto se puede considerar como la causa de un mal cálculo en los locales, lo cual significara más dinero en cuanto a la adquisición de equipos de aire acondicionado, que dentro de los consumos de energía eléctrica, los equipos de aire acondicionado representan la mayor carga de facturación de la compañía que la suministre la energía eléctrica, en términos de consumo doméstico, sobre todo en climas cálidos.

Se puede comprobar mediante diagramas bioclimáticos que, si los espacios están adecuadamente diseñados, no es necesario el uso del clima artificial durante las diferentes temporadas del año. Los requerimientos de enfriamiento o calefacción pueden resolverse por medios naturales, dependiendo de los diferentes usos ocupacionales a los que estén destinados los espacios.

Los datos climáticos de superficie deben adquirirse a través del monitoreo automático, con un registro continuo de valores tomados minuto a minuto y expresarlos a intervalos de 30 minutos. De la misma manera, deben supervisarse los parametros del confort humano, de acuerdo con las características y las necesidades específicas actividad a desarrollar.

Los estados atmosféricos pueden ser observados visualmente por la conducta del régimen de vientos, sistema de nubes y por la ocurrencia de lluvias. Además, el registro de la entrada de frentes fríos que puede visualizarse a través de las imágenes del satélite proporcionada por los diferentes Órganos gubernamentales. De esta manera, los elementos climáticos nos permiten definir y caracterizar el clima de una zona y determinar los mecanismos que los condicionan, pudiéndose considerar éstos elementos de recursos con sus limitantes. Los rasgos más destacados de estos elementos son los siguientes:

'I9' Tesis de Maestría en Diseño. Diseño y Proyecto de una Cámara de Ambiente Controlado para el estudio de confort higrotérmico, aire acondicionado y refrigeración, UAM-A, Mónica Diaz Barriga Herrera, México 1999, pág. 34-35.

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UAM-I INGENIERIA EN ENERG¡A

a) La variabilidad espacial, que nos explica las diferencias regionales de los climas sobre la superficie terrestre, determinada por la influencia de los factores astronómicos, la latitud y geografía del lugar. Los dos primeros factores determinan las grandes áreas geográficas climáticas, mientras que el segundo factor nos determina la organización en climas zonales, regionales, locales o microclimas.

b) La variabilidad temporal, que se define como los períodos de tiempo limitados como un día, un año o periodos más largos.

c) Sólo es posible conocer el clima mediante el uso de instrumentos de medidas concretas y teniendo series históricas (al menos 30 años) para poder definir las I‘ norm a I es cl i m á t i ca s ” .

d) Los diferentes elementos climáticos se manifiestan en forma conjunta e interrelacionada. Esto se manifiesta en la Bioclimatología como las temperaturas extremas o la suma acumulada de temperatura por encima de un determinado umbral de sensación son utilizados como indicadores bioclimáticos, pero la sensación de calor o frío no dependen sólo de la temperatura, sino que interactúan junto a la humedad y la velocidad del viento.

El geógrafo (Héctor López,2000) en un artículo llamado “El Difícil Bienestar” menciona que en cuanto a las escalas que definen y componen los diferentes órdenes del clima se relacionan directamente con la variabilidad espacial. Los diferentes climas pueden agruparse en cuatro (Arlery, 1973), que son los siguientes:

a) Los climas zonales o macroclimas, donde los rasgos generales se repiten de forma más o menos constante sobre áreas de extensión superior a los 2000 Km. Un ejemplo sería el clima mediterráneo.

b) Los climas regionales o mesoclimas. Su extensión oscila entre los 200 y 2000 Km. Aquí el macroclima presenta una compartimentación en zonas con diferencias significativas en los valores de algunos elementos climáticos.

c) Clima local. Complejo y variado conjunto de áreas más pequeñas, que presentan unos rasgos similares y dependientes de los mesoclimas, pero con diferencias significativas como consecuencia de la altitud, orientación, tipo de cubierta vegetal y su proximidad o lejanía del mar.

d) Microclima corresponde a un espacio más reducido, hasta el centímetro, y cuyo rasgo está determinado por los factores del entorno próximo al suelo como el tipo de materiales.

El error conocido más importante es el llamado clima urbano y su consecuencia “la isla de calor urbana”, donde habitualmente es presentado como microclima. Quizá la mejor manera de definirlo es como un clima regional (mesoclima) o local modificado, dentro del cual se puede individualizar áreas climáticas diferenciadas (microciimas) en función de los usos de suelo, las calles, etc.

Como resumen, el confort climático de un ambiente vendrá determinado de la combinación de los parámetros objetivos y los factores de confort personales. Los climas templados y, sobre todo los mediterráneos, presentan acusados cambios de condiciones

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UAM-I CAPjTlLO I l l TIPOS DE CONFORT

a Io largo del año. Esto hace más dificultoso adaptar la arquitectura al clima que en otros climas, por tener toda la banda de tipos de tiempo (olas de frío, olas de calor, tormentas, períodos de sequía, masas de aire de diversas procedencia y diversos resultados, gotas frías, etc), a lo largo del año, aunque puedan ser de períodos cortos o cambios repentinos. Es decir, se encuentran pocos meses fríos, meses intermedios y meses de gran insolación y calentamiento. A todo ello, se le debe unir el problema de la humedad, lo cual significará un tratamiento totalmente distinto si hablamos de climas húmedos o secos.

Es así como este tipo de confort de alguna manera queda fuera de nuestro alcance, es decir, tratar de controlarlo dependiendo del lugar de trabajo o residencia, pero lo que si se puede hacer es un buen estudio para la construcción del recinto que nos ayude a lograr un confort dentro del lugar.

3.1 O CONFORT TÉRMICO

Es la sensación agradable y equilibrada entre humedad, temperatura y calidad del aire (no viciado). Estas varían en función de la actividad que se desarrolle y la edad que se tenga. Una persona trabajando se ve rápidamente perturbada por ambientes térmicos inadecuados. La sensación de incomodidad producida por el exceso de calor provoca un estado de cansancio, de somnolencia, una disminución de los resultados y un riesgo mayor de cometer errores. Por el contrario, cuando el ambiente es frío y teniendo en cuenta las variables acostumbradas (edad, tipo de trabajo, tiempo de exposición), la persona puede manifestar estados de inquietud e incluso de ansiedad con una posible disminución de sus capacidades de vigilancia y concentración, sobre todo en un trabajo intelectual.

La persona que trabaja debe mantener la temperatura de su cuerpo en torno a 37', a pesar de las variaciones climáticas y energéticas, para ello dispone de mecanismos termorreguladores, cuya eficacia está en la relación asimismo con los intercambios de calor entre el cuerpo y el medio ambiente. Cuando más se aleje el ambiente térmico de la media confortable, mayor será la sensación de incomodidad, que puede ir desde la simple molestia hasta la intolerancia.

El ambiente térmico se percibe como más o menos confortable según la actividad desarrollada por las personas. Se entiende que el confort térmico para una actividad sedentaria implica valores muy diferentes a los requeridos para una actividad física sostenida. La definición del ambiente térmico está pues relacionada con el tipo de actividad.

El confort térmico depende de una serie de valores, que más adelante se discutirán, pero por el momento solamente se presentan y que son los siguientes:

Temperatura seca del aire; 0 Temperatura media de radiación;

Humedad absoluta del aire, y Velocidad del aire. Nivel de actividad de la persona. Características térmicas del vestido.

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Aunque para los expertos, es más apropiado hablar de índice de confort térmico medio, o Valor Medio Previsto, que se mide en +3 (calor máximo) a -3 (frío intenso). Estos valores tienen en cuenta la sensación de confort o disconfort que sienten las personas, y no sólo lo que marca el mercurio del termómetro.

Es así como empezamos a localizar las variables que debemos considerar para el objetivo de este estudio, dándonos cuenta de cuenta de que tan complejo es este tema.

3.1 1 CONFORT HIGRO-TÉRMICO.

El confort higro-térmico es un tema muy estudiado, se tiene como antecedentes desde hace aproximadamente 150 años, a principios del siglo XIX, dándose como un movimiento para cambiar las condiciones en el trabajo y vivienda, es decir, encontrar las condiciones ideales de temperatura y humedad para los trabajadores de la minería, del metal y de los textiles. Puesto que las condiciones de extremo calor y humedad provocaban enfermedades y frecuentes afecciones[201.

Los investigadores de este tema han definido dos líneas de investigación, los estudios empíricos y los analíticos. La diferencia entre ellos es la metodología para obtener un índice térmico. Estos estudios se han realizado en países con condiciones climáticas adversas (Inglaterra, Francia, USA) y se han adecuado a condiciones climáticas dentro de nuestra zona (trópico). Los investigadores han encontrado diferentes variables a estudiar y/o controlar, dándole un determinado peso en la determinación del nivel de confort.

De los índices propuestos destacan:

0 Temperatura Efectiva TE 0 Temperatura Efectiva Corregida TEC 0 Nuevo índice de temperatura efectiva 0 Diagrama Bioclimático.

En el estudio del confort higro-térmico intervienen muchas variables a medir o considerar, todas las variables son cuantificables o de alguna manera se han hecho adecuaciones para considerar los parámetros cuantificables de estos conceptos.

Uno de los organismos que actualmente investiga y estudia a detalle este tema es ASHRAE, (American Society of Heating, Refrigarating and Air Conditioning Engineers, Inc).

Para propósito de nuestro estudio se analizara y se dará una metodología para realizar las pruebas pertinentes apoyándonos en la Norma de ASHRAE 55-1 992 (Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy), y de la norma IS0 7730 (Moderate thermal environments -Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort).

Koenigsberger, 0.H y otros, Viviendas y edificios en zonas cálidas y tropicales, Ed Paraninfo, Madrid 1977, pág 59.

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3.11. I. VARIABLES EN EL ESTUDIO DE CONFORT HIGRO-TÉRMICO

El bienestar del cuerpo humano depende de las condiciones climaticas, como parte del medio donde se desenvuelve y de las reacciones y características del individuo mismo["].

Considerando dos tipos de variables, las variables climáticas y las variables subjetivas. Las primeras son la medición objetiva y análisis de los datos climaticos del medio ambiente, en una escala de condiciones regionales y microclima, para la segunda variable son todos los factores que percibe el ser humano.

3.11.1.2 VARIABLES CLIMATICAS (MEDIO AMBIENTE).

Temperatura del aire Radiación Humedad Presión de vapor Movimiento del aire Radiaciones electromagnéticas

3.1 1.1.3 VARIABLES SUBJETIVAS (SER HUMANO).

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

Actividad metabólica Aclimatación Color de la piel Arropamiento Edad y sexo Complexión Estado de salud Cultura Costumbres alimenticias Capacidad de percepción.

'*" Tesis en Maestría en diseño línea arquitectura bioclimática,Díaz Barriga Herrera Monica, UAM-A, Mexico 1999,34-35.

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UAM-I INGENIERIA EN ENERGíA

3.12 COMENTARIOS DE CAPíTULO

Como se ha descrito en este capítulo, el tema de nuestro estudio es muy complejo, ya que intervienen una gran cantidad de parámetros de las cuales algunas de las variables se pueden controlar de alguna forma. En el capítulo siguiente se dará un análisis de las variables antes mencionadas, enfocándonos a las variables que son tema de este estudio.

No olvidándonos de las demás variables que intervienen en el concepto del confort higro-térmico y tratando de hablar de ellas de una manera concreta y especifica, como por ejemplo la cultura del individuo en todos los aspectos, además de la región en donde vive y10 labora, no olvidándonos que de una región a otra pueden variar estas variables a estudiar, y más en nuestro país donde se tiene una gran diversidad de climas y costumbres en muchos de los aspectos, por ejemplo en el tipo de alimentación y su forma de vestir.

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UAM-I CAPiTULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TÉRMICO.

CAP~TULO iv

VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TÉRMICO.

4.1 BALANCE ENERGÉTICO EN EL CUERPO HUMANO.

El cuerpo humano intercambia calor con su entorno bajo diferentes formas, así se puede distinguir[221:

1) Transmisión de calor por convección, a traves de la superficie del cuerpo al ambiente (Qconv).

2) Transmisión de calor por conducción a traves de los zapatos al suelo (Qcond).

3) Transmisión de calor por radiación, la cual por comodidad de cálculo se suele separar en longitud de onda corta (hasta 3 pm), principalmente debida a la radiación solar (Qrad y en longitud de onda larga (superior a 3 pm), intercambio de radiación infrarroja con las superficies que son vistas por el cuerpo (Qrad larga).

4) Calor intercambiado en la respiración, distinguiéndose entre calor sensible, debido a la diferencia de temperaturas entre el aire inhalado y exhalado (Qrecp sen), y calor latente, debido a la distinta cantidad de vapor existente entre el mismo aire inhalado y exhalado (Qresp iat).

5) Calor latente intercambiado a través de la superficie de la piel por difusión de vapor al ambiente. Dicha cantidad de calor puede variar fuertemente debido a la existencia o no de sudoración (Qdiftat).

Teniendo el cuenta los anteriores intercambios de calor se puede establecer el balance de energía en el cuerpo humano, considerando positiva la energía que entra al mismo.

,(4.1)

'221 Manual de Climatización, Tomo 11: Cargas Térmicas, José Manuel Pinazo Ojer, UPV y IPN : 1999, pág.19- 20.

35

INGENIERIA EN ENERGIA UAM-I

Donde:

AE/ At.- es la variación de la energía interna del cuerpo por unidad de tiempo, y que sera empleado en modificar su temperatura interna.

La siguiente figura muestra las diferentes formas de calor que están presentes en el cuerpo humano.

Radiación corta fQ rad corta )

Respiración latente (Q recp 1 Respiración sensible (Q &, sen

,

Radiación h larga (Q rad x )

1 4 Conducción (Q cond)

Figura 4.1 Diferentes formas de intercambio de calor en el cuerpo humano. Fuente: Manual de climatización Tomo It: Cargas Térmicas José Manuel Pinazo Ojer IPN.

4.2 LOS MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGíA

Estos mecanismos de intercambio térmico dependen de la temperatura exterior con respecto a la temperatura del cuerpo humano, y que son la conducción, convección, radiación y evaporación. A continuación se dará una breve explicación de los fenómenos de la transferencia de calor.

4.2.1 CONDUCCIÓN.

Es una manera de transmitirse el calor en un mismo cuerpo sólido, el calor “corre” a través del sólido a una “velocidad” que depende de su conductividad. Como por ejemplo, la transferencia de calor a través de la pared de una tubería de acero se realiza por conducción.

La energía calorífica puede ser transferida de un cuerpo a otro por conducción, si se encuentra en contacto físico. La conducción térmica es el transporte de energía térmica desde la parte más caliente de un determinado cuerpo a la parte más fría de dos cuerpos en contacto fisico.

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UAM-I CAPITULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TERMICO.

En el cuerpo humano podrá perder calor si se encuentra en contacto físico con un determinado objeto más frío o con menor temperatura o viceversa, es decir, que gana calor si el cuerpo en contacto es más caliente que el individuo. Entonces para que se pueda realizar un intercambio térmico por conducción se debe de tener un contacto físico entre dos cuerpos, y el cuerpo más caliente debe transmitir el calor al más frío.

4.2.2 CONVECCI~N

La convección es una manera de transmisión del calor en líquidos y gases. Cuando calentamos estos cambian de densidad y ascienden alejándose del foco de calor siendo substituidos por un fluido más frío que repite el mismo ciclo. Creando un circuito cerrado.

Sabemos muy bien que el cuerpo humano se “refresca” con una mayor rapidez cuando este esta frente de un ventilador, que cuando se le expone a un aire en reposo. Decimos que el calor se disipó por convección.

El intercambio de calor por convección que es el mecanismo de transferencia de energía térmica cuando el medio de intercambio es un fluido en movimiento. Este intercambio convectivo se realiza en la superficie de la piel en contacto con el aire en movimiento y es proporcional a la diferencia entre las temperaturas del aire y la superficie del cuerpo.

En el caso de espacios contenidos, el aire en movimiento es un fluido. Dependiendo de la temperatura con la que se cuente, esto permite ganar o perder calor al entrar en contacto con la piel, que es el principal medio de intercambio.

4.2.3 RADIACI~N

Un tercer medio de transferencia de calor es la radiación por medio de ondas similares a las de la luz o a las ondas de sonido. Los rayos del sol calientan la tierra por medio de ondas de calor radiante el cual viaja en caminos rectos sin calentar la materia que interviene en su recorrido o el aire. El calor de un bulbo de luz o de una estufa caliente es radiante en naturaleza y se siente cuando está cerca de ella, aunque el aire entre la fuente y el objeto cuando los rayos pasan a través de él no se calienta[231.

Si alguna persona esta descansando en un edificio sombreado o en un árbol en un día caliente o soleado y se mueve directamente a los rayos del sol, el impacto directo de las ondas calorífica se sentirán como un pesado martillo aun cuando la temperatura del aire en la sombra es aproximadamente la misma que en la parte soleada.

Cuando el calor radiante o energía (ya que todo el calor es energía) es absorbido por un material o sustancia, se convierte en calor sensible -el cual puede sentirse o medirse. Todo cuerpo o sustancia absorbe energía radiante en alguna cantidad, dependiendo de la diferencia de temperatura.

[231 Refrigeración y Aire Acondicionado, Air Conditioning and Refrigeration Institute, 1981, pág20-21

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UAM-I INGENIERíA EN ENERGiA

Todo cuerpo o sustancia absorbe energía radiante en alguna cantidad, dependiendo de la diferencia de temperatura entre el cuerpo especifico o sustancia y otras sustancias. Toda sustancia radiará energía cuando su temperatura es mayor que el cero absoluto y otra sustancia próxima este a menor temperatura.

La radiación puede considerarse de dos tipos:

La radiación solar.- visible e infrarroja corta, la cual puede alcanzar en un día soleado 868 kilocalorías í m2 hr, en una superficie pequeña y perpendicular al rayo solar, la radiación solar mayor para un individuo expuesto es cuando los rayos solares inciden ert forma perpendicular a su cuerpo, es decir, entre las 9 y 10 a.m y las 2 y 3 p.m. ya que es mayor la superficie de contacto con los rayos solares.

.

Radiación térmica.- infrarroja larga, se desprende de las superficies y objetos circundantes, la gran mayoría son absorbentes de radiaciones de onda larga, mientras que las superficies pulidas reflejan alguna parte de las ondas.

Por esto el calor radiante es rápidamente absorbido por materiales o sustancias obscuras o mates, mientras que las superficies o materiales son colores claros, reflejarán las ondas de calor radiante, como lo hacen los con los rayos de luz. Un ejemplo es que los diseñadores de ropa, hacen uso de este hecho para la elaboración de trajes para el verano.

4.3 EVAPORACI~N.

La evaporación del sudor en la piel humana o del agua de los pulmones es otra forma de intercambio de calor, esto es para mantener el equilibrio térmico y depende del contenido de humedad en el aire. La evaporación es el cambio en el estado físico del agua (líquido) a gas, este cambio consume aproximadamente 0.58 Kcal por cada gramo de agua evaporadarz4].

Cuando se evapora el agua de los pulmones o de los poros de la piel, la energía calorífica que se requiere para la evaporización se toma del interior del cuerpo, es así como se pierde una gran cantidad de calor al realizarse este proceso que es independiente de la temperatura ambiente exterior o de las superficies que estén alrededor. El calor latente de vaporización (energía térmica requerida para que un líquido se transforme en vapor) puede ser tomado del aire exterior por lo que la eficiencia de enfriamiento del cuerpo puede disminuir. La capacidad de evaporación depende del tipo de ropa que se utilice, nivel de presión del agua (parte de la presión total del aire húmedo, que corresponde al vapor de agua) y de la velocidad del aire.

[241 González, E y otros, Arquitectura Latinoamericana, Proyecto clima y Arquitectura, U de Zulia, Ed G.S, México, 1986, pág.50.

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UAM-I CAPITULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TÉRMICO.

Cuando la evaporación del sudor superficial del cuerpo es rápida en comparación con la secreción del sudor, esto significa que el cuerpo esta aportando una gran parte del calor latente de vaporización, y al contrario, es decir, cuando la secreción del sudor es mayor que la capacidad para evaporarlo, se forma una capa de sudor que impide la transferencia de calor y ocurre que el aire aporta parte del calor requerido para la evaporación, y entonces disminuye la capacidad de enfriamiento del cuerpo para lograr su equilibrio térmico.

A manera de resumen se puede mencionar que es de gran importancia analizar el intercambio térmico que se efectúa, básicamente, de las cuatro maneras antes mencionadas y se puede simplificar esto decidiendo que:

1 .- Por conducción; este tipo de transmisión generalmente puede ser evidente debido a su poca influencia en relación con las demás;

2.- Por convección; para su determinación se mide la temperatura seca y la velocidad del aire:

3.- Por radiación; en este caso la propagación es electromagnética, se calcula mediante la temperatura de globo;

4.- Evaporación del sudor; si esta presente, por evaporación siempre se pierde calor.

4.4 HUMEDAD

Una definición de la humedad es el contenido de vapor de agua de la atmósfera o mas comúnmente es la presencia de vapor de agua en un espacio o masa de aire, expresado en alguna de las siguientes medidas:

0 Humedad Relativa. Humedad Absoluta. Humedad Específica.

La humedad es de gran importancia ya que si consideramos una atmósfera demasiado seca pueden dañarse gravemente muebles, ropa, zapatos, libros, documentos y la mas importante la salud del ser humano, ya que el hombre necesita agua para sobrevivir. No sólo necesita en el interior de su cuerpo, sino también necesita estar rodeado por ella en forma de vapor de agua. Si un ser humano se situara en un recinto cerrado en el que hubiese eliminado cualquier vestigio de humedad, pronto moriría por falta de humedad más que por sed.

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UAM-I INGENlERjA EN EkERGjA

4.4.1 HUMEDAD ABSOLUTA DEL AIRE HÚMEDO.

Es el peso del vapor de agua por unidad de volumen de aire, expresada en gr o kg por metro cúbico de aire.

En una masa rn de aire húmedo se tiene rn, kg de aire seco y rn, kg de agua, en estado de vapor o de líquido en suspención; la humedad absoluta, W, conocida también como humedad especifica, se define como la relación:

............................................. W= m, i ma (4.2)

La capacidad de disolución del vapor de agua en el aire seco presenta un límite, para una temperatura determinada, que no puede sobrepasarse. Este límite se le conoce como de saturación. Esto nos permite dar una clasificación de estados del aire húmedo:

O

0

Aire húmedo no saturado, que es cuando no se alcanza el estado de saturación. Aire húmedo saturado, y aire húmedo sobresaturado, cuando una vez alcanzada la saturación, tiene, además, agua líquida en suspención.

Se debe notar que de la ecuación (4.2), que en el numerador de la fracción indicada siempre es la masa total de agua, que en el caso de sobresaturación puede dividirse en masa de vapor y masa de agua

................................ W= m, + m, i ma (4.3)

4.4.2 HUMEDAD RELATIVA

Es la relación entre la presión real del vapor de agua contenida en el aire húmedo y la presión del vapor saturado a la misma temperatura.

El vapor de agua presente en el aire húmedo tiene una presión parcial determinada, pw. A la misma temperatura, si el aire estuviese saturado de humedad, tendríamos otra presión parcial, pws. El cociente entre la primera y la segunda presión recibe el nombre de humedad relativa, <p

............................................... <p= pw.l pw (4.4)

[251 Angel Luis Miranda Barreras, La Psicrometría, Ed ceac, Barcelona España, 1996, págs.15,16.

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UAM-I CAPíT'ULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TÉRMICO.

Se han detectado las siguientes reacciones de las personas en función de la humedad relativa ambiente:

Con humedades relativas inferiores al 30% se empiezan a producir dificultades respiratorias, por la gran sequedad producida sobre las vías respiratorias. Algunas consecuencias sobre la humedad se presentan a continuación.

-

-

Los intercambios de calor por sudoración se ven disminuidos fuertemente en ambientes cuya humedad relativa supera el 70%. El aumento desmesurado de la humedad relativa ambiente incide en una disminución del efecto olfativo de la persona.

4.4.3 HUMEDAD ESPECIFICA.

Es el vapor de agua por unidad de peso de aire seco, expresada en gramos por kilogramo de aire seco.

4.4.4 DISPOSITIVO USADOS PARA LA MEDICIÓN DE LA HUMEDAD

a) Higrometro

La cantidad de vapor de agua que contiene el aire varía con la temperatura; para medir esta cantidad se emplea el higrómetro. El tipo más exacto de higrómetro es el sicrómetro, que consiste en dos termómetros montados uno al lado del otro en una base. El depósito de uno de dichos termómetros está cubierto con muselina o pabilo que se conservan húmedos, y el del otro se deja descubierto y seco: la evaporación del agua en la superficie de un objeto determina un descenso en la temperatura de este. Si el aire contiene gran cantidad de vapor de agua la evaporación de la humedad en el depósito cubierto con muselina o pabilo será lenta y el termómetro correspondiente no acusará una baja considerable de temperatura, pero si el aire es seco, dicha humedad se evaporará rápidamente y la columna del termómetro húmedo bajará mucho más que la del termómetro de depósito seco.

Mediante la consulta de una tabla que suele estar adherida en la parte posterior del higrómetro puede conocerse la cantidad de vapor de agua contenida en el aire mediante la comparación de las temperaturas que registran los dos

Enciclopedia Barsa, Tomo 8, Ed. Encyclopedia Britannica Publishers, 1988, pág. 183.

41


4.4.5 NIVEL DE HUMEDAD PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT

Aunque los limites de humedad no son tan seguros, si dan una indicación para alcanzar la comodidad en un determinado recinto, ya que si nos controlada de alguna manera se presenta un problema que puede afectar directamente en la salud del ocupante o ocupantes.

Si en algún recinto si se presenta una baja humedad afecta la comodidad y la salud, donde se presentan varios síntomas de malestar, entre las que se pueden mencionar nariz, garganta y piel seca, típicamente cuando los puntos de rocío son menores de 32OF (OOC). Green cuantifico que las enfermedades respiratorias aumentan en el invierno con el descenso de la humedad[271. La norma ASHRAE 55-1992 indica que para disminuir la posibilidad de algún malestar debido a la baja humedad, la temperatura no debería ser menos de 37' F (3OC).

En caso contrario cuando se tienen niveles de alta humedad, el limite que nos indica la norma antes mencionada es del 60% de humedad relativa, esto para impedir el malestar cálido. Además de que es un indicador bastante aceptable en la comodidad térmica humana y en lo referente a lo técnico en la evaporación de los enfriadores a ocupar.

Aunque para la humedad tiene una influencia sobre la temperatura ambiente, todo esto dentro de un rango de comodidad relativamente pequeña, todo esto ocasionando diferentes tipos de discusiones en cada revisión de la norma[281.

4.5 TEMPERATURA

Es el estado térmico de un cuerpo o un medio físico y que puede ser percibido por nuestros sentidos produciendo la sensación de caliente y frío, determinado por medio del

termómetro y a base de una escala graduada, por lo común se emplean dos tipos de escala para la medición de la temperatura; la de Celsius o en grados centígrados, y la de Fahrenhelt que se utiliza en países de habla inglesa.

Las escalas ocupadas para la medición de este parámetro es por comodidad para llevar a cabo los cálculos, es por ello que han surgido diferentes escalas y en todas ellas se determinan unos puntos fijos y las posiciones de los demás puntos giran en torno a ellos.

Las escalas que están presentes en la medición de la temperatura son:

Escala Celsius Escala Fahrenheit Escala Kelvin Escala Rankine

[*'I ASHRAE JOURNAL, Comfort and Humidity, Larry G. Berglund, Ph.D.,P.E, .Agosto 1998, pág. 35-41 ASHRAE JOURNAL, Guidelines For Comfort,Bjarne W. Olesen, Ph.D, Agosto 2000, pág.41-46.

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UAM-I CAPjTULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TÉRMICO.

4.6 TEMPERAURAS UTILIZADAS EN EL ESTUDIO DEL CONFORT.

En nuestro estudio sobre el confort es necesario tener presente a la temperatura, y los diferentes nombres que se le han dado. En este punto se mencionaran todas y cada una

de ellas, y solamente se tratara de dar una breve explicación de unos cuantos tipos de temperatura utilizadas para el estudio del confort, mas adelante se estudiaran las restantes.

Las temperaturas que se utilizan y se deberán estudiar por las razones antes mencionadas son:

Temperatura de Bulbo seco. Temperatura de bulbo húmedo. Temperatura del punto de rocío. Temperatura del aire. Temperatura media radiante. Temperatura operativa. Tem perat u ra efectiva. Temperatura operativa óptima. Temperatura plana radiante. Temperatura asimétrica radiante Temperatura media de la pared.

4.6.1 TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO.

Es la temperatura que indicaría un termómetro que tuviera el bulbo envuelto en una gasa humedecida y sometido a una suave corriente de aire. Si el aire esta saturado de vapor, la temperatura ambiente y la húmeda coinciden. Si no esta saturado de vapor, la temperatura del ambiente es mayor que la húmeda y la diferencia entre ambas es una medida de la humedad relativa del aire. El conjunto formado por los dos termómetros recibe el nombre de psi~rómetro[~~].

4.6.2 TEMPERAURA DE BULBO SECO, SECA, DEL AIRE.

La temperatura de una mezcla gas-vapor que se lee en un termómetro seco de mercurio, es decir, con su depósito o bulbo en seco se le llama temperatura ordinaria o de bulbo seco. Otra definición es que es la temperatura del aire, indicada por un termómetro ordinario.

Difusión del aire en locales, Pedro Rufes Martinez, Ed. Ceac, pág.14

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4.6.3 INSTRUMENTRO PARA DETECTAR EL VALOR DE LA TEMPERATURA (PSICROMETRO).

Instrumento que consiste en dos termómetros, uno ordinario y el otro, cuyo bulbo está rodeado de una camisa o mecha de tela, que se mantiene húmeda con agua y por lo que se hace circular el aire cuya humedad se quiere determinar, esto se logra por medio de un ventilador, o simplemente moviendo los termómetros en el aire como en el psicrómetro de cuerda o de cadena, que consiste en dos termómetros, uno de bulbo seco y otro de bulbo húmedo, montados de manera que puedan hacerse girar a mano alrededor de su mango o

4.6.4 TEMPERATURA DE ROCíO.

Es la temperatura de saturación, es decir, es la temperatura a la cual tiene lugar la condensación del vapor de agua. Por mencionar un ejemplo se dirá que es la humedad sobre un vaso de agua con hielo. El vidrio frío reduce la temperatura del aire por debajo de su punto de rocío y la humedad que se condensa forma gotas sobre la superficie del

4.6.5 TEMPERATURA DE PARED.

Este tipo de temperatura no es otra cosa que la temperatura superficial de la pared de un recinto o en su defecto cualquier superficie de ese recinto. Si la temperatura de la pared y la temperatura del aire son iguales, no se presenta ningún problema con esta temperatura, pero si son diferentes, es importante realizar algunas consideraciones.

Supongamos que la temperatura de la pared es menor, entonces tenemos una pared o superficie fría. Una persona situada frente a esta superficie emitirá radiación térmica hacia la superficie y tendrá una sensación de frío que se puede interpretar como una corriente de aire frío o que la superficie está fría, aunque no la pueda tocar, pero la temperatura de la superficie, que puede ser constante, un observador puede interpretarla como que no lo esta, según se vea la superficie desde una dirección u otra, ya que la radiación emitida hacia la superficie depende, entre otros factores, del factor de la visión de dicha ~uperf ic ie[~~J.

Es así como se puede dar uno cuenta que tan importante es la temperatura, no importando el nombre que tome, pero que deberá de cuidarse muy bien a la hora de realizar alguna prueba en el laboratorio de ambiente controlado, pero además hay otros factores a tomar en cuenta que en este capítulo se mencionaran a continuación.

[301 Fundamentos de termodinámica, Gordon J. Van Wylen. Ed Limusa. pág.30,31 [311 Refrigeración y Aire Acondicionado, Air-Conditioning and Refrigeration Institute, Prentice Hall International,

[321 Difusión del aire en locales, Pedro Rufes Martínez, Ed. Ceac, pág 14,15. pág 335.

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UAM-I CAPiTULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TERMICO.

4.7 VELOCIDAD DEL AIRE.

La corriente de aire tiene asociada una sensación de molestia o bienestar. Esto se deberá a la distribución que tenga el recinto a acondicionar, ya que este es uno de los

factores a controlar para lograr la sensación de bienestar. Una superficie radiante fría o caliente puede producir una sensación parecida a la de una corriente de aire de todo esto se deberán tener en cuenta a la hora de evaluar la sensación de bienestar producida por las corrientes de aire.

Es bien sabido por todos que el aire moviéndose produce una sensación de molestia, cuando el aire sale por las rejillas o los difusores. Es por esta razón que se deberá tratar de encontrar el rango de velocidades que nos ayude a tener el bienestar en el recinto a climatizar.

4.7.1 SELECCIÓN DE LA VELOCIDAD IDÓNEA.

Auque el sistema lleve la cantidad de aire requerida para todas y cada una de las áreas a acondicionar, puede resultar molesto para los ocupantes de dicho espacio si esta corriente de aire no es distribuida de una forma correcta. En la norma ANSVASHRAE 55- 1992 se dan intervalos para el confort, esto depende de la estación del año en que nos encontremos y que básicamente se manejan dos estaciones que son invierno y verano.

Las velocidades que recomienda dicha norma están dadas en forma de ecuaciones que dependen de otros parametros tales como; temperatura del aire, velocidad media del aire, y la intensidad de turbulencia. La ecuación es la siguiente:

PD= (34- t,) ( v ( 4 . 0 ~ 1 0 - ~ v Tu + 0.066) ............... 4.5

Donde:

ta.- temperatura del aire dada en 'C -

v.- velocidad media del aire, dada en m/s.

Tu.-intensidad de turbulencia en %

Esta ecuación debe tener como un resultado máximo, un valor del 15%, es decir, el 15% de las personas puede estar en desacuerdo con la velocidad del aire en el recinto. Más adelante se entrara con más detalle en cuanto a este tema se refiere, ayudándonos de alguna gráfica.

4.8 PUREZA Y VENTILACIÓN DEL AIRE.

La limpieza y ventilación del aire, son dos necesidades para el tratamiento apropiado del aire, están estrechamente ligadas y trabajan de la mano, ya que el aire es importante para la salud y el confort. El aire ordinario por llamarlo de alguna manera, está contaminado

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Almacén Teatro

con impurezas tales como polvo, polen, humo, vapores, químicos, etc. Todo esto debe filtrarse tanto en el aire interior como en el aire exterior que entra a la estructura.

Muy poco 10 7 % Algo 15 10

La eficiencia del filtro depende del tipo de sistema, hay algunos filtros que remueven mas del 95% de impurezas. Sin embargo aun con el filtro mas fino, se requiere un buen porcentaje de aire fresco para eliminar esa sensación de aire viciado y disminuir olores y suplir oxígeno para respirar, la cantidad de aire exterior depende del espacio acondicionado.

La concentración de olores en un cuarto depende de numerosos factores, como son:

Costumbres alimenticias e higiénicas. 0

0

Cantidad del aire exterior suministrado. El volumen del cuarto por ocupante.

Tipo de la fuente de olor.

La tabla 4.1 da una lista de algunas aplicaciones típicas, además de recomendaciones de ASHRAE en pies cúbicos por minuto (P.C.M).

El grado higro-térmico del aire ambiente constituye un tema muy importante, ya que las instalaciones donde se requiera aumentar o mantener un cierto grado de bienestar, o a su vez crear un ambiente Óptimo para mantener la humedad relativa correcta dentro de los márgenes adecuados, ya sea mediante la humectación o deshumectación según sea el caso.

La renovación del aire implica tener que tomar aire del exterior en buenas condiciones, introducirlo en el área de ventilación y sacar el aire viciado, es por esto que el equipo de climatización deberá contemplar la necesidad de la ventilación.

Lo anterior se debe efectuar disponiendo de una entrada del aire del exterior y una salida de aire ambiente en la zona a climatizar. El aire que viene del exterior se introduce a la estancia mediante un ventilador y el aire ambiente se evacua de manera natural a

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UAM-I CAPITULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TÉRMICO.

través de las aberturas hechas para tal fin. En función de los caudales de entrada y salida de aire se puede lograr tener la estancia a sobrepresión, ya que lo que se desea que no se produzca una entrada de polvo o partículas en suspención cuando se entra o sale del recinto .

4.8.1 PROCESO DE HUMIDIFICACIÓN.

Esto deberá hacerse para conseguir las condiciones de confort, y no es otra cosa más que el aumento el contenido de vapor de agua (humedad). En el caso del confort pueden aceptarse amplias variaciones en el valor de la humedad relativa sin que se resienta la sensación agradable del ambiente. El proceso de la humidificación dependerá de la estación del año en que nos encontremos (invierno-verano).

Este proceso se realiza cuando el aire, puede humidificarse por inyección directa de vapor de agua o, más comúnmente, por la evaporación de agua líquida en contacto con la corriente de aire. Cuando ocurre la evaporación, se requiere calor para proporcionar el calor latente de vaporización, si no se proporciona una fuente de calor externa, se enfriarán ya sea el agua, el aire o ambos. En climas calientes y secos, se emplean con frecuencia enfriadores de aire por evaporación que dependen del efecto del enfriamiento del aire.

Como todo proceso se debe de mantener un cierto control en la materia prima (agua), ya que si no se renueva regularmente, puede contaminarse con microorganismos, sobre todo de hongos y bacterias, produciendo el trastorno conocido como la fiebre del humidificador, que presentan cuadro clínico, parecido al de una gripe, con elevada temperatura y un malestar general como los principales síntomas, todo esto añadiéndole tos, opresión torácica y sensación de ahogo.

En instalaciones domésticas que no contemplen la operación de humectación bastará con colocar, dentro del recinto climatizado y cerca de la fuente de calor, una bandeja conteniendo agua que, al evaporarse, provocará un aumento del grado higrométrico del ambiente[331.

4.8.2 PROCESO DE DESHUMIDIFICACIÓN.

Para lograr un ambiente confortable, es necesario en algunos casos ya sea en la industria o en estancias lograr que la cantidad de vapor de agua presente en el aire no exceda de un determinado valor, entonces será necesario colocar algún equipo de deshumectación del aire.

[331 Control de sistemas de aire acondicionado. J.A. Gamiz, Ed. Ceac, pág96.

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UAM-1 INGENlERiA EN ENERG¡A

El método más usado es aquel que consiste en enfriar el aire más allá del punto de rocío, con lo que el vapor contenido en él se condensa, quedando con más humedad relativa pero con menor contenido de agua, que es lo principal.

4.9 DIAGRAMA PSICOMÉTRICO.

Una herramienta de gran utilidad para detectar valores que son de gran importancia en el estudio del confort es el llamado diagrama psicométrico y es la representación gráfica de las magnitudes relativas al aire húmedo lo que constituyen el diagrama psicrométrico, del cual hay varias versiones. Las variables presentes en cualquier tipo de diagrama son:

- La humedad especifica. - La entalpía. - La temperatura seca. - La temperatura húmeda. - La humedad relativa. - El volumen especifico.

Los diferentes tipos de diagrama utilizados son:

Diagrama de Mollier. Diagrama ASHRAE. Diagrama de Carrier

Un diagrama psicométrico se puede ver en los anexos de este trabajo.

4.1 O COMENTARIOS DE CAPITULO.

Es aquí donde se empieza a describir y descubrir que tan Importante es el estudio de este tema (confort higro-térmico), así como lo amplio por estudiar, entender y descubrir. En los capítulos siguiente que serán la columna vertebral de este trabajo, se tratara de dar una propuesta para la realización de las pruebas de confort higro-térmico en el laboratorio de ambiente controlado.

En fin, tratar de describir cada parámetro que interviene en este estudio además de entenderlo y de alguna manera controlarlo para dicha s pruebas a realizar, otros parámetros se deberá tener en cuenta son: el tipo de habitantes con los que se realizaran las pruebas, es decir, cultura, estatura, tipo de alimentación, trabajo, sexo, edad.

Es aquí donde uno se da cuenta que falta mucho por descubrir, y esperando que estas líneas sean de gran ayuda para alguien que se interese en seguir esta tendencia ya que en cuanto al equipo que poco a poco se esta adquiriendo, y tal vez en una fecha no muy lejana veamos verdaderos e inquietantes resultados que podrían cambiar la perspectiva que se tiene hasta el momento de este tema.

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UAM-I CAPITULO IV VARIABLES QUE INTERVIENEN PARA EL ESTUDIO DEL CONFORT HIGRO-TERMICO.

En el capítulo siguiente se determinaran como ya se ha mencionado con anterioridad una metodología y propuesta para la elaboración en la práctica de experimentos, todo esto apoyándonos con dos normas acorde al tema del que se esta tratando, estas normas son AN SVASHRAE 55-1 992 “Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy” y la norma IS0 7730 “Moderate thermal environments -Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort”.

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CAPITULO V

DEFINICIONES UTILIZADAS PARA LA ELABORACIÓN DE PRUEBAS HI G RO-TE RM ICAS.

5.1 OBJETIVO QUE PERSIGUE LOGRAR LA NORMA 55-1992 DE ASHRAE.

El objetivo es especificar las combinaciones de un determinado ambiente térmico interior aceptable, a por lo menos el 80% o mas de los ocupantes de ese espacio.

Esta norma contempla dirigir ylo tener en cuenta a la temperatura, la radiación térmica, humedad, velocidad del aire, así como la actividad y el tipo de ropa de los individuos.

Esta norma de algún modo dirige los criterios que se deberán tomar en cuenta para el éxito de la misma recordando que el estudio de este tema es complejo.

La norma especifica las condiciones térmicas aceptables para gente saludable, y con una presión atmosférica equivalente a alturas de hasta 3000 m, en espacios destinados para la ocupación humana por periodos de tiempo de no menos de 15 minutos.

La norma no contempla otros factores que influyen en el confort, estos factores son los factores ambientales, acústica, iluminación ni algún tipo de contaminantes físicos, químicos o biológicos que puedan llegar a afectar el confort o la salud.

5.2 ALGUNAS DEFINICIONES

C/o; una unidad usada para poder expresar el aislamiento térmico proveniente del conjunto de ropa y de los vestidos, donde 1 clo= 0.155 m2 OC / W (0.88 ft2 .h. OF /Btu).

Confort térmico; es la condición de la mente que expresa la satisfacción con el ambiente térmico; esto requiere de una evaluación subjetiva, es decir, que cada individuo podrá determinar en algún momento y bajo ciertas características que siente la sensación de confort .

Corriente; es el enfriamiento local indeseable del cuerpo humano, esto es ocasionado por el movimiento del aire.

Ambiente térmico; es la característica del ambiente que afecta a las personas por la pérdida de calor.

50

UAM-I CAPITULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGiA DE PRUEBAS HIGRO-TÉRMICAS.

Ambiente térmico aceptable; es el ambiente en donde por lo menos un 80% de los ocupantes encontrara un ambiente térmico aceptable.

Humedad relativa (RH); es la relación de la fracción del mol de vapor de agua presente en el aire a una fracción del mol de vapor de agua presente en el aire saturado a la misma temperatura y presión barométrica; alternativamente, es igual a la relación de la presión parcial (o densidad) del vapor e agua en el aire a la presión de saturación (o densidad) del vapor de agua en el aire a la presión de saturación (o densidad) del vapor de agua a la misma temperatura.

El aislamiento de la ropa (Ici); es la resistencia al calor sensible proveído por un conjunto de ropa ( más de una prenda). Esto se puede describir como el aislamiento intrínseco, que proviene de la capa de aire alrededor del cuerpo con la ropa, se expresa comúnmente en clo unidades.

El aislamiento del vestido (Ici,); es la resistencia que aumenta el paso del calor que se obtiene al agregar una prenda individual sobre un cuerpo sin ropa. Es el aumento efectivo en el aislamiento total debido al vestido y se expresa comúnmente en clo unidades.

Coeficiente metabólico (met); es el valor de la energía producida por el cuerpo humano. El metabolismo, que varia con la actividad, se expresa en unidades de met . Un met es definido como 58.2 W/m2 (18.4 Btu /h ft’), que es el valor de la energía producida por el área de la superficie de una persona sentada al pararse. El area de la superficie de una persona común está alrededor de 1.8 m2 (1 9 ft’).

Tiempo de respuesta (90%); es el tiempo de respuesta de un sensor de medida para alcanzar un 90% del valor final después de un cambio de paso. Para un sistema de medición incluye un Único exponencial que es una función constante del tiempo, el 90% de respuesta del tiempo, llamado “tiempo constante”.

Sensación térmica; es una sensación que usualmente se mencionan por las diferentes categorías, que son:

Frio, fresco, ligeramente fresco, neutral, ligeramente cálido, cálido y caliente.

Las sensaciones térmicas descritas anteriormente requieren de una evaluación subjetiva.

Cambio de paso; es el cambio en el valor de una variable, esto puede ser como resultado de un cambio previsto, o como el resultado de un cambio en un determinado intervalo de medidas, típicamente el cambio se incrementa por el control del setpoint.

Temperatura del aire (ta); es la temperatura del bulbo del aire que circunda a los ocupantes.

Temperatura de rocío (tdp), o el vapor de agua a la presión ambiente(Pa); es la temperatura a la que el aire húmedo llega al estado de saturación (100 YO de humedad relativa) con el vapor de agua (Psdp=Pa) cuando se enfría a presión constante.

Temperatura media radiante ( f ); es la temperatura uniforme de un local negro imaginario que produzca en la misma pérdida de calor por radiación en las personas como en el local real.

51


Actual room

Heat exchange by

Figura 5.1 . Representación gráfica de cómo calcular la temperatura media radiante. Fuente: ed i t or¡ a I. cd a. u I pgc. es/am bien te/2_cl i m a/7_com odo/i ndex. h t m

Temperatura operativa ( to); es la temperatura uniforme de un recinto negro imaginario en que un ocupante cambiaría la misma cantidad de calor debido a la radiación más la convección como en un espacio real uniforme del ambiente. La temperatura operativa es el promedio numérico de la temperatura del aire (ta) y de la temperatura media radiante ( t J , ponderando los respectivos coeficientes del calor transferido (h, y hr).

- to= (h, ta + h, t ,) / (h,+ hr) ...................... 5.1

Temperatura efectiva (ET*); es la temperatura operativa (to) de un recinto al 50% de humedad relativa que ocasionaría la misma pérdida de calor sensible y calor latente en una persona en un recinto imaginario como en su medio ambiente real.

Temperatura operativa óptima; la temperatura operativa que satisface al más grande número posible de personas a un determinado nivel de actividad y ropa.

Temperatura plana radiante (tpr); es la temperatura uniforme de un recinto en que el flujo radiante de incidencia sobre un lado de un pequeño elemento de plano que es igual que en el ambiente existente.

Temperatura termodinámica de bulbo húmedo (también conocida como temperatura de saturación adiabatica); es la temperatura a la que el agua se evapora en el aire, puede el aire estar a la misma temperatura de la saturación adiabatica. La temperatura de bulbo húmedo, medida con un apropiado psicómetro, puede acercarse a la temperatura termodinámica de bulbo húmedo.

Temperatura asimétrica radiante (Atpr); es la diferencia entre la temperatura radiante del plano de los dos lados opuestos de un pequeño elemento del plano.

Constante del tiempo; es el tiempo para que un sensor de medición pueda alcanzar el 63% del valor final después de un cambio de paso.

52

UAM-I CAPITULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGiA DE PRUEBAS HIGRO-TÉRMICAS.

lntensidad de turbulencia (Tu); es la relación de la desviación estándar de la velocidad del aire (SD,) a la velocidad media del aire ( 5 ). La intensidad de turbulencia también puede ser expresada en porcentaje (¡.e Tu=[SD, / ] x 1 O0 ).

Es aquí donde abriremos un pequeño paréntesis para dar una definición de la desviación estándar, que es una cantidad que será una medida de la amplitud de la distribución, entonces definimos a la desviación estándar de la distribución S[341,

como

O S=d ( i - xi)'/ N ........................... 5.2

Donde: - x = C q / N A i se le conoce como la media, o promedio N.- número de observaciones Xi.- muestras de las observaciones.

Es decir, que cuando se realicen las pruebas y se obtengan datos, al repetirse el experimento con las mismas personas, no necesariamente se obtendrán los mismos datos.

Zona ocupada; es la región normalmente ocupada por las personas dentro de un determinado espacio, se considera generalmente entre el piso y 1.8 m (6 ft) de altura y una medida de 0.6 m (2 ft) de longitud de la pared donde se encuentra el dispositivo de aire acondicionado a la llamada zona ocupada.

Esta definición se entenderá un poco más estudiando la figura 5.2, que se presenta a continuación.

1341 Experimentación, una introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experirnentos,D.C.Baird, Ed Prentice Hall, pág31,32

53


U Ti

... 1

f 9-

Figura 5.2. Parámetros a medir para determinar la zona ocupada y presencia de los tipos de aire que se presentan dentro de un recinto. Fuente: Difusión del aire en locales, Pedro Rufes Martínez, Ed ceac, pág.32

5.3 CLASIFICACIÓN DE LOS PARAMETROS.

Los parámetros ambientales como son la temperatura, radiación térmica, humedad y la calidad del aire para poder lograr la comodidad térmica dependen de los ocupantes (sensación subjetiva), del nivel de actividad y del tipo de ropa, en los lugares de ocupación, el personal requiere de luz, y esta actividad es en la mayoría de los casos de tipo sedentaria y con la ropa interior típica. Las condiciones ambientales térmicas típicas para este tipo de personas se definen con más cuidado más adelante, al igual que para las personas con un nivel de actividad más alta.

5.4 CONDICIONES PARA LOGRAR UN AMBIENTE TÉRMICO ACEPTABLE.

Como se ha descrito anteriormente, para lograr un ambiente térmico aceptable se necesitan controlar varios parámetros, dando de alguna manera un nombre y una escala para su clasificación.

a) La aceptación del ambiente térmico y la percepción del confort y de la temperatura son producto de la producción relativa del calor metabólico, traslado al medio ambiente, y las resultantes temperaturas fisiológicas del cuerpo con sus respectivos ajustes del mismo.

El calor transferido esta influido por factores ambientales como lo son:

+ Temperatura del aire. + Radiación térmica. + Velocidad del aire.

54

UAM-I

b

CAPiTULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGIA DE PRUEBAS HIGRO-TÉRMICAS.

CALIENTE TIBIO LIGERAMENTE TIBIO NEUTRO LIGERAMENTE FRESCO FRESCO FRíO

+ Humedad + Tipo de actividad + Ropa.

Las sensaciones térmicas están descritas de forma subjetiva por los siguientes parámetros que el ser humano puede sentir en un recinto, estos parámetros son:

Una gran experiencia se ha logrado al paso de los años en lo referente a las sensaciones térmicas que se les considera como parámetros ambientales relativos. El malestar térmico puede ser ocasionado por la sensación de frescura, o de tibieza como un malestar térmico general, esto se puede expresar por medio de la temperatura operativa. Los limites recomendados para el descontento térmico en general están basados en un 10% del criterio de descontento.

Sin embargo, el descontento térmico también puede ser ocasionado por un enfriamiento o calentamiento (calefacción) indeseable de una determinada parte del cuerpo llamado “malestar térmico local”, que se describirá más adelante. Los límites recomendados para el malestar térmico local están basados desde un 5% a un 15% de descontento.

b) A causa de las diferencias individuales, es imposible especificar un ambiente térmico que pueda satisfacer a todos los ocupantes. El propósito de la norma es especificar un ambiente térmico que sea aceptado a por lo menos el 80% de los ocupantes. Los individuos pueden sentir el malestar térmico general y el malestar térmico local. Por lo tanto, los porcentajes de desagrado no son aditivos. Se presume que será menos del 20% de personas que sentirán desagrado cuando se siguen las especificaciones de la norma.

Esta norma tiene sus bases principalmente en estudios de laboratorio, entonces se pueden presentar otros factores no térmicos que en pruebas de campo pueden aparecer, y es así donde el porcentaje de personas con malestar térmico puede aumentar.

c) La ropa, que mediante sus propiedades de aislamiento es un factor que modifica la sensación de la comodidad y de la pérdida de calor. El aislamiento de la ropa se cuantifica en unidades de clo. Es en esta norma la evaluación intrínseca del aislamiento(lCi) es utilizada para describir el aislamiento que provoca un conjunto de ropa, pero la contribución de un vestido individual al aislamiento total se expresa desde un punto de vista en el aislamiento efectivo (Ici,). La temperatura operativa y el valor que provoca el aislamiento de la ropa corresponden a la sensación de neutro y a un 10% de criterio de descontento que está representados en la figura 5.3.

55

UAM-I INGENIERiA EN ENERGiA

VALOR DEL AISLAMIENTO CLO 1.3 1.6 1.9

I =

TEMPERATURA TEMPERATURA OPERATIVA OF OPERATIVA o C

78.5 25.83 81.3 27.39 84 28.8

Rangos recomendados para la aceptación termica 1

debido al aislamiento de la ropa ~

A Tern peratura operativa F L _ _ _ _ _ ~

Figura 5.3 Intervalo recomendado de la ropa que provee las condiciones térmica aceptables a una temperatura operativa.(Determinada para las personas con una actividad principalmente sedentaria (I 1.2 met). Los límites están basados en un 10% sobre el criterio de descontento). Fuente: Standard ANSVASHRAE 55-1 992,pág.5

Los valores de la temperatura operativa dan como coordenadas;

d) La no uniformidad del ambiente térmico ( las diferencias de la temperatura vertical, temperatura asimétrica radiante, pisos cálidos o fríos y la corriente) que puede causar malestar local. Los límites aceptables para la no-uniformidad del ambiente térmico son especificados para la gente con actividad ligera, principalmente con actividad sedentaria. Los límites de aceptación entre la diferencia de la temperatura vertical del aire y la temperatura radiante asimétrica corresponden aproximadamente al 5% de descontento, cuando los límites de la temperatura de suelo corresponden al 10% de descontento y para la corriente del 15% de descontento. Este es el porcentaje más alto de desagrado que se permite para la corriente del aire ya que es muy difícil de controlar en la práctica.

Los porcentajes de desagrado no son aditivos, como puede ser las personas que sienten algún malestar debido a la corriente de aire, a la temperatura asimétrica radiante, la diferencia de temperaturas del aire y las temperaturas de piso. Esta norma no

56

UAM-I

Descripción de la ropa típica.

Pantalones gruesos, camisa y suéter de mangas largas. Camisas de manga cortas y livianas.

MINIM0

CAPITULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGiA DE PRUEBAS HIGRO-TERMICAS.

I CI Temperatura Clo operativa optima.

22 OC 0.9 71 OF

0.5 24.5 OC 76 OF

0.05 27 OC 81 OF

especifica los límites de la no-uniformidad para personas con más alta actividad, ya que son capaces de aceptar valores más altos de los descritos anteriormente.

5.5 TEMPERATURA OPERATIVA

Es determinada por el tipo de ropa usada en cierta temporada (invierno-verano) que las personas utilizan en sus labores, el intervalo de temperatura para lograr la comodidad en el verano es más alta que en el invierno. El intervalo de la temperatura operativa que teóricamente no es más del 10% de los ocupantes con actividad ligera principalmente sedentaria (I 1.2 met), sienten la sensación de incomodidad, se supone que los ocupantes están en el mismo nivel en cuanto al aislamiento de la ropa se refiere, en la tabla 5.3 se da una lista del ambiente térmico inaceptable con un 10% de insatisfacción de los ocupantes.

TABLA 5.3 Intervalos aceptables y Óptimos de la temperatura operativa para personas con baja actividad, principalmente sedentaria (I 1.2 met), al 50% de humedad relativa y con una velocidad del aire (I O. 15. mis) 30 fpm”

Tem perat u ra operativa con el 10% con criterio de descontento

20-23.5 0C 68-75 OF

23-26 OC 73-79 OF

79-84 OF 26-29 OC

a Para otro tipo de ropa, no hay algún tipo de ajustes por temporada o sexo de las temperaturas que se dan en la tabla 5.3. Para niños, ancianos, y personas que físicamente están incapacitados, los límites inferiores de la tabla 5.5 deberán evitarse.

El rango aceptable para la temperatura operativa y la humedad para el verano e invierno esta definido en el mapa psicométrico que se puede consultar en el apéndice H de este trabajo.

57


Las coordenadas de la zona del confort de la figura del apéndice H son:

a) Invierno: to=20 OC a 23.5 OC (68 OF a 74 OF) con 18 OC (64OF) de bulbo húmedo y to=20.5 OC a 24.5 OC (69 OF a 76 OF) con 2 OC (36 OF) de punto de rocío. Las líneas que limitan la zona de invierno corresponden a 20 OC y 23.5 OC (68 OF y 74 OF) de temperatura efectiva (ET*) que son las líneas o el lugar geométrico de la zona de confort o de la sensación térmica aceptable.

b) Verano: t0=22.5 OC a 26 OC (73 OF a 79 OF) con 20 OC (68 OF) de bulbo humedo y toZ23.5 OC a 27 OC (74 OF a 81 OF) con 2 OC (36 OF) de punto de rocío. Los lados de la frontera en la zona del verano corresponden a 23 OC y 26 OC (73 OF y 79 OF) de las líneas de la temperatura efectiva (ET*).

En el verano e invierno las zonas de confort coinciden parcialmente en los intervalos de temperatura de 23 a 24OC (73 a 75OF). Es en esta región donde la gente en el verano con ropa ligera tendería a acercarse ligeramente a sentir la sensación de un ligero enfriamiento, mientras que para la zona invernal con ropa de temporada, estaría sintiendo ligeramente la sensación de calentamiento.

En la realidad, los límites de cada zona no sori tan bruscos como los descritos en el apéndice H, esto es debido a la diferencia de ropa y de actividades. La tabla 5.3 da la temperatura operativa aceptable para personas sedentarias con la minima ropa, (¡.e ropa interior).

Las condiciones de confort están condicionados para diferentes tipos de ropa de los cuales se describirán más adelante, puede determinarse aproximadamente cubriendo el rango de temperaturas dado en la tabla 5.3 o de la figura mostrada en el apéndice H por 0.6' C (IOF) para cada 0.1 clo de aumento debido al aislamiento de la ropa. Sin embargo, a temperaturas menores, la comodidad depende del mantenimiento de una razonable distribución uniforme del aislamiento de la ropa sobre todo el cuerpo y, en particular para manos y pies. Para la ocupación sedentaria de más de una hora, la temperatura operativa minima no será menos de 18OC (65OF).

.

5.6 HUMEDAD

En la zona ocupada por personas con actividades ligeras, principalmente con una actividad sedentaria (5 1.2 met); la humedad debería ligarse con los límites mostrados en el apéndice H; haciéndose notar que los Iímites de la humedad inferior y superior son con base en el mantenimiento de las condiciones térmicas aceptables, basándose Únicamente sobre las condiciones de confort, incluyendo la sensación térmica, y sobrepasar estos límites da como resultado resequedad e irritación de la piel y de los ojos.

Las condiciones permitidas en la Norma 55 (ocupada en este trabajo) pueden ser diferentes de otras especificaciones tal como las Norma 62, la Norma 90.1 y la Norma 90.2 y las precauciones especiales que pueden requerirse para asegurar la aceptabilidad total de los ocupantes. Se debe tomar en cuenta que hay factores ambientales que están fuera del alcance de la norma 55, tal como los siguientes fenómenos contaminantes:

58

UAM-I CAPiTULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGIA DE PRUEBAS HIGRO-TÉRMICAS.

+ Físicos. + Químicos + Biológicos.

Que estos pueden ser parcialmente dependientes del interior con el nivel de humedad presente durante los períodos de ocupación.

5.7 VELOCIDAD DEL AIRE (NO DIRECCIONAL)

Dentro de los parámetros térmicos aceptables de la temperatura mostrados en la Tabla 5.3 y de la figura del apéndice H, no hay una velocidad mínima del aire que sea necesaria para la comodidad térmica. Para las personas con actividad sedentaria, es esencial poder evitar corrientes de aire. Los requerimientos para poder evitar corrientes de aire se presentan más adelante, las personas con un nivel de actividad más alto, no son tan sensibles a las corrientes de aire.

La temperatura puede aumentarse arriba de los niveles permitidos siempre y cuando se eleve la velocidad del aire. Los beneficios del aumento en la velocidad del aire dependen del tipo de ropa y de la actividad que se realice y de la temperatura de superficie presente en la ropa/piel al igual que la temperatura del aire. La figura 5.4 nos muestra que la velocidad del aire requerida para que la ropa y el tipo de actividad que corresponda a la sensación de comodidad de la zona del verano de la figura mostrada en el apéndice H.

Para la gente sedentaria, esta opción debe descartarse al no poder aumentar la temperatura por más de 3OC (5.4OF) arriba de la zona de comodidad y no puede usarse si la velocidad requerida es más de 0.8 m/s (160 fpm). La velocidad del aire y/o su dirección a las ubicaciones del trabajo debe estar bajo el control directo de los ocupantes afectados y poder ajustarse a un valor no mayor de 0.25 m/s (50 fpm).

59


'I'emperature Rise, -C

Temperature Rise, "F Figura 5.4. Velocidad de ventilación requerida para poder contrarrestar el aumentó de la temperatura. La velocidad del aire en aumento en la cantidad necesaria para mantener el mismo calor total que se transfiere desde la piel. Esta figura aplica a aumentos en la - temperatura arriba de lo permitido en la zona de confort para el verano con t, y t, creciendo de igual manera. El punto de partida de las curvas es a 0.2 m/s (40 fpm), corresponden al límite de la velocidad recomendado del aire para la comodidad de la zona del verano a 26OC (79OF) y una ventilación típica (¡.e, una intensidad de turbulencia que va desde el 30% al 60%). Fuente; Norma ANSVASHRAE 55-1 992, pag.9

Figura 5.5 Posible distribución del aire, suponiendo que lleva una correcta cantidad del mismo. Fuente; Refrigeración y Aire Acondicionado, Ed. Prentice Hall, pág 653.

60

UAM-I

2

CAPITULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGIA DE PRUEBAS HIGRO-TERMICAS.

basal \

/

5.8 ESTADO DE TEMPERATURA NO CONSTANTE.

Cuando las fluctuaciones de la temperatura son complicadas, cuatro factores deben de considerarse:

a) b) c) d)

La temperatura respecto a la cual la fluctuación ocurre. El valor (grados por hora) a la que la temperatura aumenta. El valor (grados por hora) a la que la temperatura disminuye, y Amplitud de las fluctuaciones, pico a pico.

7

6

5 !! a u 4 lo E 3

c " 2 -1

' 1 O i

O - 7-

2 4 6 7-

8 1 -

I

10 12 I Tiempo I

I

Figura 5.6 Posible gráfica en una prueba de confort, donde se representan las variables que se requieren, y son la amplitud, la temperatura basal, y la rampa. En esta gráfica se representan estas variables como estados cíclicos, aún cuando no lo son.

5.9 TEMPERATURA CICLICA.

Si la variación cíclica (que es un periodo de tiempo menor a 15 minutos) se presenta en un pico, y la temperatura operativa excede el valor de 1.1 OC (2 OF), el valor de este cambio no excederá los 2.2 'Clh (4 OF/h), entonces no hay restricciones sobre el valor de la temperatura si el cambio entre pico y pico es de una diferencia de 1.1 OC (2 OF) o menos.

61


5.10 TEMPERATURA DE RAMPA O DERIVADA.

La temperatura de ráfaga y de rampa son constantes, en tanto los cambios que ocurren en la temperatura operativa son no cíclicos. La temperatura de ráfaga se refiere a los espacios cerrados, y en cuanto a la temperatura de rampa es donde se referir a los cambios de temperatura activamente controlada. Siendo el valor máximo admisible de las temperaturas de ráfaga o de rampa en un estado constante, comienza desde una temperatura con un valor de 21 OC y 23.3 OC (70 o F y 74 OF), y un valor de 0.5 OC/h (1 OF/h).

Este cambio en la temperatura de rampa no debería de extenderse más allá de los límites superiores de la temperatura operativa, que dicta la norma 55a, especificadas en la figura mostrada en el apéndice H, con un valor de 0.5 OC (1 OF) y no deberían permanecer más allá de esta temperatura en la zona de confort por más de una hora.

5.1 1 DIFERENCIA DE LA TEMPERATURA VERTICAL DEL AIRE.

La temperatura del aire en un espacio cerrado generalmente aumenta desde el piso hasta el cielorraso. Sí este incremento es suficientemente grande, el malestar cálido local puede ocurrir en la cabeza o aparecer también el malestar frío en los pies, aunque en el resto del cuerpo puede encontrarse térmicamente neutro. Por lo tanto, para poder impedir el malestar térmico local, se requiere de la diferencia entre la temperatura vertical del aire dentro de la zona ocupada, que se mide a una diaancia de 0.1 m (4 in) y de 1.7 m (67 in) del piso, y que no exceda los 3 'C (5 OF).

5.12 TEMPERATURA ASIMETRICA RADIANTE.

La radiación asimétrica que proviene de las superficies calientes o frías o también de la luz solar que incide directamente, esto puede ocasionar el malestar térmico local y reducir así la aceptabilidad térmica del espacio ocupado. En general, las personas son más sensibles a la radiación asimétrica ocasionada por un cielorraso cálido que lo que se ocasiona por las superficies verticales calientes o frias. Así para poder evitar el malestar térmico local, la temperatura asimetría radiante en la dirección vertical será menos de 5 OC (9 OF) y en la dirección horizontal menos de I O OC (18 OF).

La temperatura asimetría radiante en la dirección vertical es la diferencia entre la temperatura radiante del plano en la parte superior e inferior del espacio con respecto al pequeño plano horizontal de 0.6 m (2 ft) [sentado] o 1 . I m (3.6 ft) [de pie] arriba del piso. En la dirección horizontal, es la diferencia en las temperaturas radiantes del plano en direcciones opuestas desde un pequeño plano vertical 0.6 m (2 ft) [sentado] y a 1.1 m (3.6 ft) [de pie] arriba del piso.

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UAM-I CAPITULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGIA DE PRUEBAS HIGRO-TCRMICAS.

T= Temperatura del plano radiante. L

Figura 5.7 Ubicación de la temperatura del plano radiante, donde es posible medirla en alguna prueba.

I U I

d2 T2

Temperatura del plano radiante

dl=d2 Temperatura asimétrica = TI - T2 sí TI >T2

Figura 5.8 Localización de temperaturas, (radiante e asimétrica), en un determinado recinto para lograr el confort.

63


5.12.1 TEMPERATURA DE PISO.

Para minimizar el malestar que sienten los ocupantes al nivel del pie, la temperatura en la superficie del piso para personas con calzado típico estará entre 18 'C (65 OF) y 29 'C (84 OF). Para los individuos que están a este nivel, es decir, a nivel del piso, la temperatura óptima de piso dependerá del tipo de material del piso.

5.13 VELOCIDAD DEL AIRE.

La velocidad del aire puede ocasionar el enfriamiento local, que es indeseable para el cuerpo humano, la velocidad dependerá de la velocidad media presente, la intensidad de la turbulencia y de la temperatura del aire. La sensibilidad para detectar el malestar, es más sensible en los tobillos y en la cabeza. La siguiente figura (5.9) muestra los límites de la velocidad del aire en estas ubicaciones y habrá que delimitar el riesgo de las corrientes. Las velocidades más altas del aire pueden ser aceptadas si los individuos tienen control individual de esta velocidad (del aire).

Air Temperature, "C (ta) 20.0 21.1 22.2 2 3.3 24.4 2 5.5 26.7

I>

s 120 0.6

I ' 0.5 E o. - 100 i i I c

140 0.7

s 120 0.6 o. - 100 0.5 U Q> Q> ao O. 4

v) .- L 60 0.3 d

40 0.2

20 0.1

O 0.0

I>

E c

a

68 70 72 74 76 70 80

I>

U Q, al VI a

- Air Temperature, O F (h)

Figura 5.9 Límites aceptados para la velocidad media del aire ( ) como una función de la temperatura del aire (ta) y la intensidad de turbulencia (Tu). La intensidad de turbulencia puede variar entre el 30% y el 60% en espacios ventilados. En las salas con ventilación o sin ventilación la intensidad de la turbulencia puede ser menor. El diagrama es con base en un 15% de aceptabilidad en las personas, así como la sensación de malestar en la cabeza / pies, se nivelan donde las personas son muy sensibles. Las velocidades más altas del aire pueden ser aceptables si los ocupantes que se sienten afectados tienen el control de la velocidad local del aire. Fuente: Standard ANWASHRAE 55-1 992 pág. 1 O.

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UAM-I CAPiTULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGIA DE PRUEBAS HIGRO-TÉRMICAS.

5.13.1 BASES PARA ENCONTRAR LA VELOCIDAD DEL AIRE.

Las bases para la velocidad del aire, PD (el valor del porcentaje de personas que siente malestar por causa de la velocidad), debería ser menos del 15% en cada punto de la zona ocupada. La base de esta velocidad se puede predecir como una función de la temperatura del aire (ta)l la velocidad media del aire ( i ), además de la intensidad de la turbulencia (Tu) por las ecuaciones 5.3 y 5.4.

Las unidades pueden ser;

t, [=I OC Y/O OF - v [=I m/s y/o fpm

TU [=I %

Entonces, en unidades del sistema Internacional se tiene que: -

PD= (93.2 - ta) ( -10 )o.62 ( 0.37 v Tu + 0.066) ........,.. 5.3

Para unidades en el sistema Ingles se tiene que:

PD=(93.2 - ta) ( - 1 (4.0 x I O-5 i Tu + 0.066). . . . . . ..5.4

Para i 2 0.05 m/s (IO fpm), habrá que usarse i = 0.05 m/s (10fpm)

Para PD > loo%, usar una PD= 100%

Lo permitido para dar un significado de la velocidad media del aire se muestra en la figura 5.9, que es para combinaciones de los diferentes valores de turbulencia y de la intensidad de turbulencia (PD=I 5%).

5.14 PERSONAS CON DIFERENTE NIVEL DE ACTIVIDAD.

5.14.1 PERSONAS CON UN NIVEL DE ACTIVIDAD ALTA.

Las temperaturas mostradas en la tabla 5.3 y en la figura del apéndice HI disminuirá cuando el promedio en el nivel de actividad de los ocupantes que sea superior a la actividad ligera, principalmente sedentaria (> 1.2 met). La temperatura operativa Óptima para una determinada actividad depende del tiempo -promedio ponderado- (por ejemplo 30 a 60 minutos), el nivel de actividad y el aislamiento ropa. Esta temperatura puede encontrarse a través de la figura 5.1 O, o se puede calcular con las siguientes ecuaciones;

65

~


to actividad = to sedentario - 3 (1 + clo) (met - 1.2) OC . ..... ... ... . .5.5

to actividad = to sedentario - 5.4 ( I+ clo) ( met - 1.2) OF .,.......... 5.6

' C 30

'F 05

- 25 n O =

-20

'.-_-I___---- - 15

, 10 1.5 2 0 1 2 5 3.0

Activity Level, met Figura 5.1 O Temperaturas operativas Óptimas para la gente activa con baja velocidad aire en los alrededores ( Fuente: Standard ANSVASHRAE 55-1992 pág. 10.

55 -

5 0 ; 1 .o

I O. 15 m/s (30 fpm)). del

La ecuación es apropiada para valores de entre 1.2 y 3 met. La temperatura operativa minima para este tipo de actividades es de 15 OC (59 OF). El rango aceptable (basado en un 10% en el criterio de descontento) aumentara con el tipo de actividad y de ropa. Los rangos son aproximadamente de:

-I 1.5OC (2.7OF) para 0.1 clo,

I 2.OoC (3.6OF) para 0.5 clo,

f 3.OoC (5.4OF) para 0.9 clo.

La tabla 5.4 presenta los niveles metabólicos de producción de calor que se asocian con algunas actividades comunes.

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UAM-I CAPiTULO V DEFINICIONES PARA LA METOD3LOGiA DE PRUEBAS HIGRO-TERMICAS.

TABLA 5.4 RANGOS METABOLICOS PARA TAREAS TIPICAS.

ACTIVIDAD Descansando Sentado y quieto Actividad sedentaria (oficina, residencia, laboratorio, escuela)

Permaneciendo relajado

P

Actividad ligera estando (compras,

laboratorio, industria

MET W/M2 BTU/H FT2 0.8 46.6 14.8 1 .o 58.2 18.4

1.2 69.8 22.1

1.2 69.8 22.1

1.6 93.1 29.5 - ligera)

Actividad mediana (trabajo domestico,

asistente de un comercio, trabajo con

máauinasl

2.0

3.0

Alta actividad (trabajo con maquinaria

pesada, trabajo de taller,

m an ten i m ¡en t o)"

114.4 36.9

174.6 55.3

Típicamente tomando un descanso (programado o no) con otros factores de operación (recibiendo material, moviendo cosas), combinando el límite individual del trabajo a un determinado tiempo, dando un valor promedio de 2 met. Fuente: Standard ANSVASHRAE 55-1 992 pág. 11.

Debe de recordarse y tener en cuenta que cuando las personas involucradas en este tipo de trabajo (duro o pesado), pueden quitarse alguna prenda, esto traerá como consecuencia que el movimiento del cuerpo tenga una disminución en el valor del aislamiento de 'la ropa, ya que al aumentar el calor, ocurre un cambio de calor entre el cuerpo y el alrededor que puede resultar a causa del bombeo del aire y también de la ropa (abertura de la ropa).

Las altas velocidades del aire pueden usarse para mejorar la comodidad de estos niveles de actividad; pero aún no se han establecido las relaciones precisas. Debido a que en la piel aumenta el nivel de humedad, y el efecto de la velocidad también es mayor con la alta actividad, entonces la figura 5.4 no aplica para un nivel de actividad elevado.

Es así como en la figura 5.4 es conservadora para una actividad arriba de 1.2 met; siendo que la velocidad del aire y los limites de la temperatura son más altos. Para un nivel de actividad arriba de 2.0 met, la velocidad del aire es tan alta como 1.5 mis (300 fpm), que es aceptado siempre y cuando la alta velocidad no ocasione problemas de incomodidad térmica (por ejemplo, el que los papeles vuelen).

67


Las altas velocidades del aire no se pueden usar para poder compensar de alguna manera el aumento de la temperatura mayor a 4 OC (7.2 OF), con actividades que tengan un valor mayor a 2 met. Todos los demás requerimientos vistos en 5.7 se aplican.

5.15 PERSONAS DURMIENDO.

Cuando una persona esta durmiendo su producción de calor metabólico es de 0.8 met.

O

5.16 LA NO-UNIFORMIDAD EN LAS PERSONAS.

Para personas con niveles de actividad más altos, no hay límites recomendados para poder evitar el malestar térmico local debido a la no-uniformidad del ambiente térmico. En general, se puede mencionar que las personas con más alta actividad son menos sensibles, y ellos serán capaces de poder aceptar valores más altos de la no- uniformidad que las personas con una actividad más ligera, principalmente la sedentaria.

5.17 PERSONAS CON ACTIVIDAD SEDENTARIA Y CON TlPlCA ROPA INTERIOR.

5.17.1 ROPA.

La ropa que se utiliza por las personas es de acuerdo a la estación del año y de las condiciones climatológicas que prevalezcan. Son dos estaciones del año que nos interesan (verano e invierno).

Es durante los meses del verano donde la ropa típica que promueven los locales comerciales son básicamente vestidos livianos, pantalones livianos, ya sean cortos o largos, camisas, blusas y ocasionalmente algún tipo de suéter o chaqueta. Este tipo de prendas, tienen un valor de aislamiento (Ic,) que va desde los 0.35 a 6 clo.

Para la temporada invernal las personas visten prendas más cálidas y por lo tanto con más peso, es decir, las telas son más gruesas y de cierto material para que así se logre tener más calor gracias al vestido o prenda. Un valor típico durante el invierno debido a la prenda (s) es de 0.8 a 1.2 clo ( I c i ) .

Los rangos de la temperatura exterior no varían de manera importante en lugares donde en la mayoría del año están presentes climas cálidos o fríos, es por esta razón que las personas no cambian los tipos de vestimentas que utilizan durante el año. El valor de I,, que se provee por los conjuntos de ropa son estimados por la suma de las prendas individuales I clu que son descritos en la tabla 5.5.

68

UAM-I CAPiTULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGiA DE PRUEBAS HIGRO-TERMICAS.

TABLA 5.5 EL VALOR DEL AISLAMIENTO DE LAS PRENDAS Y UNA FÓRMULA PARA ESTIMAR EL AISLAMIENTO DE LA ROPA VALORADA POR UN DETERMINADO CONJUNTO DE ROPA.

69

INGENIERIA EN ENERGiA UAM-I

Pants para ejercicio Conjunto de bata

Bata SUETERES

Continuación (Tabla 5.5)

0.28 . 0.30 0.49

Descripción de la prendaa I ICLU(CW TRAJE CON CHAQUETA Y I

Chaleco sin mangas de tela delgada

Camiseta de tela gruesa sin mangas

Suéter de tela delgada y con mangas largas

Suéter de tela gruesa y con

I CAMISA^ I I

0.13

0.22

0.25

0.36

I aruesa I I

mangas largas ROPA DE DORMIR Y BATAS Vestimenta corta sin mangas 0.18

de tela delgada

de tela delaada Vestimenta larga sin mangas 0.20

Traje de hospital con mangas cortas

Bata corta de tela delgada con manaas cortas

0.31

0.34

I Pijama delgada con mangas 1 0.42 I cortas

Vestimenta larga con mangas largas de tela gruesa

Vestimenta corta con mangas largas de tela gruesa

Pijama con mangas largas de

0.46

0.48

O. 57 I tela aruesa I I

70

UAM-I

Pijama de mangas largas con forro interior de tela gruesa

CALZADO

CAPiTULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGjA DE PRUEBAS HIGRO-TGRMICAS.

0.69

Panties/calcetines Sandalias de correa

I Calcetines al tobillo I 0.02 I 0.02 0.02

Zapatos Zapatillas (acolchonadas)

Calcetín largo hasta pantorrilla Calcetín de tela gruesa hasta

0.02 0.03 0.03 0.06

la rodilla Botas

a “DELGADOS” se refiere a vestidos hechos con telas delgadas y/o livianas, usados frecuentemente en el verano; “GRUESO” se refiere a vestidos elaborados con telas gruesas y de gran peso, usadas comúnmente en el invierno.

‘Vestidura de línea. *Chandál; Conjunto de pantalón y jersey o chaqueta, que se usa para hacer deporte Fuente; ANSVASHRAE Standard 55-1 992; Pág. 6.

Rodillas; vestidos y faldas largas.

0.10

Es así como lo tabla anterior nos describe cada tipo de prenda y su valor de aislamiknto térmico, en la siguiente tabla se mostrara el valor que tienen ciertos conjuntos de ropa comúnmente utilizada en personas con trabajo sedentario.

cortas; cinturón, suéter con mangas largas de chaqueta, pantymedias; zapatos. 5. Calzoncillos de tela de algodón, camisas de manga larga, suéter de cuello redondo sin mangas; pantalones cortos gruesos, cinturón, calcetines gruesos a la rodilla; zapatos. 6. Calzoncillos de paño fino; blusa con mangas largas, con chaqueta de traje,

7. Calzoncillos, térmicos largos; de franela, camisa con mangas largas; bata; a linea con bordes a la rodilla; pantymedias; sandalias de cuero.

calcetín largo a la pantorrilla; zapatos.

TABLA 5.6 VALOR DEL AISLAMIENTO DE CONJUNTOS TIPICOS DE ROPA.

0.7 -

0.7

1 .o

1 .o

CONJUNTO 1. Calzoncillos con camisa de mangas cortas para realizar ejercicio; pantalones cortos, cinturón, calcetín largo hasta la pantorrilla y zapatos resistentes. 2. Calzoncillos de tela de algodón, camisa con mangas cortas con bordes a la rodilla; pantymedias; sandalias de piel con correas. 3. Calzoncillos de algodón, camisa de manga larga; pantalones largos acorde a la ocasión; cinturón, calcetín largo hasta la pantorrilla, zapatos. 4. Calzoncillos de combinación completa; paño fino, camisa de mangas

~ i,,(clo)

0.4

0.5

0.6

71

Continuación (Tabla 5.6)

8. Calzoncillos de tela de algodón, camisa con mangas largas, (separadas), chaqueta de traje, pantalones largos aptos para la ocasión, calcetín largo a la

9. Calzoncillos, camisa de cuello T, con tela de algodón, camisa con mangas largas, suéter de cuello redondo con mangas de tela gruesa, pantalones de corte recto , flojos y largos, cinturón de cuero, zapatos. I O . Calzoncillos de tela de algodón, camisa con mangas largas y de tela gruesa, chaqueta, pantymedias, zapatos. 11. Calzoncillos de algodón, camisa de mangas larga de tela gruesa, chaqueta gruesa, pantalones flojos de corte recto y largos, cinturón de cuero, zapatos. 12. Calzoncillos; camisa de algodón con manQas de franela, chaqueta, cinturón, pantalón de traje, zapatos de cuero. 13. Pantalones de franela, camisón largo con mangas largas, túnica larga, zapatillas.

pantorrilla; zapatos. 1 .o

1 .o

1 .o

1.2

1.3

1.7

Las tablas anteriores ayudarán a evaluar el aislamiento térmico que provienen por una prenda o por un conjunto de ellas, para poder entender mejor las tablas anteriores se menciona un ejemplo típico de un conjunto de ropa que se utiliza en la actualidad, además de determinar el clo.

Insulation for the entire clothing: I,, = C I , l u

0.19

+ 0.04

+ 0.1 1

+ 0.02

0.02 + I

0 0.38

0.28

0.25

L3 0.04 A 0.25

A L 0.05

0% 0.04

0.91

Figura.5.11. Determinación del clo de un conjunto típico de ropa utilizada en la actualidad. Fuente: edito rial. cda . ul pg c. es/am bie nte/Z_cl im a/7-comodo/index. ht m

72

UAM-I CAPITULO V DEFINICIONES PARA LA METODOLOGiA DE PRUEBAS HIGRO-TERMICAS.

5.18 COMENTARIOS DE CAPiTULO

En este capitulo es ha descrito las bases para poder obtener el confort requerido por al menos el 80% de los ocupantes de un recinto, como se ha visto anteriormente este tema es muy complejo y el personal al que se le requiera hacer una prueba de confort tendrá que ser muy subjetivo ya que la sensación de confort no es la misma para todas las personas con ciertos valores de temperatura y humedad.

En la norma con la que se trabaja y como todas las cosas tienen barreras, es decir, de alguna manera estamos sujetos a determinados parámetros como lo son que la altura arriba del nivel del mar que tiene como límite 3000 m de altura y en cuanto al tiempo de la prueba es de solamente 15 minutos. Otra tema que no contempla esta norma es de los problemas que puedan surgir en el aspecto físico, químico y/o biológico.

Para poder alcanzar la sensación del confort se dan algunos parámetros en los cuales se dice que se debe alcanzar la sensación neutra para poder estar a gusto en el lugar de trabajo o residencia. En esta norma se determinan una gran variedad de definiciones pero el tema que toca un poco más es de la temperatura, que presenta una gran variedad de definiciones y es por esto que a este parámetro se le debe tomar muy en cuenta además de tener un control muy cuidados, todo esto para poder obtener buenos resultados.

La norma nos dice que es para personas que se encuentran saludables y solamente para aquellas que tienen un determinado nivel de actividad (sedentario) y con un determinado tipo de ropa, la norma nos da varias tablas con un valor determinado. Otro parámetro a tomar en cuenta es el de la estación del año en que nos encontremos dando una mayor importancia a las estaciones del año como son la del verano y invierno.

El parámetro de la velocidad del aire, se tiene de igual manera que controlar ya que quien no ha sentido esa sensación de malestar al pasar por una rejilla de aire acondicionado en un recinto y donde se puede sentir una mayor molestia es en la cara o en los pies. Llamándolo sensación de malestar local o general.

Todo esto es Io que se requiere para poder controlar un ambiente artificial y así poder lograr la sensación de confort, no olvidando el lugar donde se realice la prueba, esto es saber que tipo de clima predomina en dicho lugar y ver a las personas que se presten para poder realizar la prueba, ya que debemos tomar en cuenta la complexión, la cultura, alimentación, edad, etc., que son parámetros no menos importantes para obtener buenos re su It ad os.

Lo anterior se menciona porque para algunas personas están acostumbradas a climas muy caluroso o a climas muy fríos. Esto posiblemente influirá en encontrar los intervalos de confort.

Más adelante, en capítulos posteriores se tratar de hablar más sobre este terna tan amplio y complejo.

73


CAPíTULO VI

METODOLOGíA PARA LA ELABORACIÓN DE LAS PRUEBAS H IGRO-TERMICAS

2a PARTE

6.1 REQUISITOS DE LA INSTRUMENTACIÓN REQUERIDA PARA LA ELABORACIÓN DE LAS PRUEBAS HIGRO-TÉRMICAS.

El intervalo de medición, la exactitud, y el tiempo de respuesta de los instrumentos de medición de los parametros requeridos se pueden encontrar en la tabla 6.1.

6.2 TEMPERATURA DEL AIRE.

6.2.1 ALGUNAS OBSERVACIONES

Puede ser importante disminuir la influencia relativa de la radiación térmica sobre el sensor de temperatura del aire, mediante el uso de un escudo térmico debido a la presencia de una fuente de radiación ( luz del sol, paredes o ventanas frías, radiadores, etc). Este problema que puede ser minimizado mediante:

a) b) c)

El uso de un sensor con un diámetro pequeño (I 1 mm) (0.04 in) Usando un sensor de ventilación, o Un sensor con una capa altamente reflector de disco o cilindro para la intercesión de la radiación, sin restringir el mantenimiento del aire.

74

UAM-I

PARÁMETRO.

Temperatura del aire

Temperatura de la superficie

Temperatura media radiante

Velocidad del aire

Temperatura del punto de rocío

Tem perat u ra asimétrica radiante

CAPITULO VI. METODOLOGiA PARA LA ELABORACION DE LAS PRUEBAS HIGRO-TERMICAS. 2' PARTE.

medir los parárr MEDICIÓN DEL

RANGO 5-40' C

39-1 07OF

O-5O0C 32-1 22OF

5-4OoC 39-1 04OF

0.05-0.5 m/s 10-1 O0 fpm

1 -26OC 34-79OF

o-2ooc 0-36OF

tros térmicos. PRECISI~N.

10.2Oc IO.4OF

Este rango de exactitud será valido para t,-t,il O°C (1 8OF)

I O . 5OC I 1 OF

La exactitud deseada:

IO.4OF Esta exactitud pedida es difícil de alcanzar con los instrumentos de hoy en día.

10.05 m/s * I O fpm

IO.2OC

I O . 5OC +I OF

+I OC k2OF

TIEMPO DE RESPUESTA (go%)*

El tiempo de respuesta debe ser la apropiada de acuerdc

a la aplicaciónb.

El tiempo de respuesta debe ser la apropiada de acuerda

a la aplicación. El tiempo de

respuesta sobre los métodos para la medición (globo

negro, IR directo).

El tiempo de respuesta esta sobre el aire es de 1 a 10

seg u ndosc. El tiempo de

respuesta dependerá del método de

medida utilizado (medido en forma

directa o a través de el bulbo húmedo RH)y debería ser completado en

menos de 10 min. El tiempo de

respuesta de estar entre 1 minuto o

menos.

A El tiempo de respuesta para alcanzar el 90% del valor final con un cambio de paso equivalente a 2.3 que regula el llamado tiempo constante.

Para las variables que son no constantes, la media de la respuesta del tiempo debe ser lento para poder minimizar las fluctuaciones que se realicen al azar, pero deben ser lo suficientemente rápidas y precisas para poder hacer mediciones pico a pico de las variaciones.

recomendado para las evaluaciones de la corriente o de la turbulencia del aire, un valor promedio sobre tres períodos es también recomendable.

El tiempo de respuesta debe estar dentro del orden de 0.2 segundos, que es

75


v (m/s) v (fpm)

a

6.2.2 INSTRUMENTO DE TEMPERATURA Y HUMEDAD UTILIZADOS EN EL LABORATORIO DE AMBIENTE CONTROLADO.

0-0.2 0.2-0.6 0.6-1 .O 0-40 40-1 20 120-200 0.5 0.6 0.7

INSTRUMENTACldN EN EL LABORATORIO TEMPERATURA DEL AIRE RANGO

TEMPERATURA DE SUPERFICIE RANGO

-30 A 23OoF (-34 A 1 1 O°C) PRESICI~N 1 0 . 3 6 ~ ~ (0.2Oc)

PRESICI~N f 0 . 3 6 ~ ~ (0.2Oc) -30 A 23OoF (-34 A 1 10°C)

TEMPERATURA MEDIA RADIANTE RANGO ____________l____l___________l_____l

11 RANGO -3OOF A 122' F ( - 34OC A 5OoC) PRESICI~N f 36' F (I 2' c) TEMP ERATU RA AS I M ETR I CA RADIANTE

~ ~~

RANGOS REQUERIDOS

RANGO 39 A 104OF (5 A 4OoC) PRESICI~N k 0 . 4 ~ ~ (0 .2 '~ )

RANGO 32 A 122OF (O A 5OoC) PRESICI~N + IOF (0.5Oc)

RANGO 39 A 104OF (5-40°C) PRESICI~N I 0 . 4 ' ~ ( I 0.2'~)

RANGO 0.05 A 0.5 M/S (10-100 FPM) PRESICIÓN + 0.05 M/S ( f 10 FPM)

RANGO 34 A 79OF (1 A 26OC) PRESICI~N IIOF ( I 0.5Oc)

RANGO 0-36OF ( O-20°C) PRESICIÓN +2OF (+ IoC) JDOVER CONTROLS. PRECON.

6.3 TEMPERATURA OPERTAIVA

La temperatura operativa (to) puede estimarse a través de la temperatura del aire ( ta) y de la temperatura media radiante, con la siguiente relación;

- to = a ta + (I-a) t, .................... (6.1 )

donde el factor (a) que es conocido como el factor de ponderación, depende de la velocidad del aire (v), en una aproximación de la siguiente manera:

La temperatura operativa también puede medirse directamente desde un sensor de temperatura con un diámetro entre los 5 y 10 cm ( 2 y 4 in), es decir, con un termómetro de globo. Ya que un sensor de globo negro sobrestimara el efecto del sol, mientras que es un sensor gris, es recomendado.

76

UAM-I

6.4 HUMEDAD

CAPITULO VI. METODOLOGiA PARA LA ELABORACION DE LAS PRUEBAS HIGRO-TERMICAS. 2' PARTE.

6.4.1 Algunas Observaciones

La humedad puede medirse de varias maneras (punto de rocío, humedad relativa, bulbo húmedo, presión del vapor) y transformaciones de un parámetro a otro por medio de tablas o cartas psicométricas.

6.4.2 INSTRUMENTOS

Los ejemplos de los instrumentos para la medición de la humedad son:

+ Psicometría, + Higrómetro de punto de rocío y, + Conductividad eléctrica o un capacitor higrométrico.

6.5 TEMPERATURA ASIMETRICA RADIANTE.

6.5.1 OBSERVACIONES

La temperatura del plano radiante (tpr) puede estimarse con una razonable exactitud utilizando uno de los siguientes métodos:

a) medición de las temperaturas de superficie y factores angulares, b) una dirección o un radiómetro.

b '

La temperatura asimétrica radiante (Atpr) es la diferencia entre las temperaturas en las direcciones opuestas:

................... Atpr =tprl - tpr2 (6.2)

6.5.2 CALCULO DE LA TEMPERATURA MEDIA ASIMETRICA RADIANTE.

La temperatura media asimétrica radiante ( ) puede ser calcula con una razonable precisión a través de las temperaturas medias de superficie en un recinto, además de los factores angulares correspondientes a una persona. La ecuación que nos ayuda a este cálculo es:

-

T: = Fp-i TI4 + Fp-2 T: + ... F P - ~ T N ~ .............. .(6.3)

77


Que simplificando queda

- t, = F,i t i + Fp-2 f 2 + ...+ Fp-N fN, ...................... (6.4)

Donde:

f N = Temperatura de la superficie N ('C o OF)

Tr, TN = Están en términos de la temperatura absoluta ( K= OC + 273 o 'R=OF + 460 ),

Fp+, = Es el factor angular de la persona a la superficie N. Esto es determinado a través de las figuras C1 a C4, que se pueden apreciar en la norma ANSI/ASHRAE 55-1992 (Apéndice c).

-

Fp-l + Fp-2 + .... + FPN = 1 ...................... (6.5)

6.6 TEMPERATURA DE SUPERFICIE

6.6.1 OBSERVACIONES

La temperatura de superficie puede ser medida por un sensor, con el contacto de la superficie (termómetro de contacto) o por un senwr infrarrojo. El usar un termómetro de contacto habrá un intercambio de calor entre la superficie y el ambiente. Esto representa un problema de baja conductividad térmica.

o

Las medidas con sensores infrarrojos son influidas por la emisividad de la superficie.

6.6.2 INSTRUMENTACIONES.

Los ejemplos que se pueden utilizar para la medición de la temperatura de superficie son:

a) Termómetro de contacto (resistencia, termocople), b) Sensor infrarrojo.

6.7 EVALUACIÓN DE LOS PARAMETROS TÉRMICOS

Esto se dará a través de los parámetros definidos en el capítulo 5, y en las secciones 5.4 a la 5.14.

78

UAM-I CAPITULO VI. METODOLOGiA PARA LA ELABORACION DE LAS PRUEBAS HIGRO-TÉRMICAS. 2' PARTE.

6.7.1 LOCALIZACIÓN DE LAS MEDIDAS

Estas medidas deberán ser realizadas en las zonas ocupadas del edificio o residencia donde los individuos estarán laborando durante un determinado tiempo. Las ubicaciones podrían ser los lugares de trabajo o de descanso, esto dependerá de la función que tenga dicho lugar, En los lugares de ocupación, las medidas deberán tomarse con un muestre0 representativo de las ubicaciones de los ocupantes que estarán esparcidas a Io largo de la zona ocupada. En lugares que por el momento estén desocupados, es decir,, que no haya personas laborando o descansando, la evaluación deberá estar basada en una estimación para que en un futuro se tenga una base y así poder hacer las medidas que en un momento dado sean las apropiadas cuando el lugar este habitado.

Si por alguna razón no pueden realizarse las medidas pertinentes, entonces las ubicaciones de estas medidas deberán realizarse como se menciona a continuación:

a) b)

En el centro de la sala o de la zona. A 0.6 m (2 ft) del interior, es decir, del centro a cada pared del cuarto.

(Nota: En el caso de las paredes exteriores con ventanas, la ubicación de la medida deberá ser de 0.6 m (2 ft) desde el interior al centro de la ventana más grande).

Para ambos casos, las medidas deberán tomarse en ubicaciones donde los valores más extremos de los parámetros térmicos se estiman o se observan. Los ejemplos típicos son

medidas están elaboradas para ser hechas io suficientemente lejos de los límites de la zona ocupada y desde cualquier superficie para permitir la apropiada circulación del aire alrededor de los sensores de medida con posiciones como se describen más adelante.

los que están cerca de una ventana, salidas de los difusores, esquinas y en entradas. Las 4.

La humedad absoluta necesita solamente determinar una de las ubicaciones en cada sala ocupada o HVAC- zona controlada.

6.7.2 MEDIDAS A DETERMINADA ALTURA DEL PISO O SUELO.

La temperatura del aire y la velocidad del mismo se medirán a 0.1-,0.6- y 1 . I - m (4-, 24, y 43 in) que son los niveles para los ocupantes con una actividad sedentaria, es en la sección 6.7.1 donde se especifican las localizaciones. La evaluación del proyecto (temperatura del aire, velocidad media del aire, y la turbulencia) necesita ser realizada Únicamente a nivel del pie y de la cabeza, suponiendo un valor normal en clo de (0.5 a 1 .O clo) para el vestido o ropa que lleven las personas.

La temperatura operativa se medirá o se calculara a 0.6 m (24 in) para los ocupantes sentados y a 1 .I m (43 in) para los ocupantes que se encuentren de pie.

La temperatura asimétrica radiante se medirá normalmente a 0.6 m (24 in) para los ocupantes sentados y a 1.1 m (4.3 in) para los ocupantes de pie. Sí hay muebles como

79


escritorios que puedan de algún modo bloquear la realización de estas medidas, entonces la medida se deberá de realizar arriba del mueble.

Nota: La temperatura de la superficie de piso deberán medirse con el anticipo de prever las coberturas. La humedad se medirá dentro de la zona ocupada.

6.8 PERIODOS DE MEDIDA.

6.8.1 Velocidad del aire.

Los períodos de medición para determinar la velocidad media del aire en cualquier ubicación, serán de 3 minutos o rangos de 30 períodos de tiempo del 90% del tiempo de respuesta de los instrumentos de medición ocupados. La intensidad de turbulencia se mide en el mismo período para el cálculo de la desviación estándar que para la velocidad media del aire.

6.8.2 TEMPERATURA CíCLlCA O DE ARRASTRE.

Para determinar con los estados que son no constantes, requerimos apoyarnos de la sección 5.4 a la 5.14 del capítulo 5, ya que el valor del cambio de la temperatura operativa es utilizada para el valor de la temperatura cíclica. En cuanto a este tipo de temperatura se puede mencionar que es la diferencia de valores entre el máximo y el mínimo del valor de la temperatura operativa, que son medidas durante un mismo ciclo dividida por el tiempo que transcurre, en minutos:

Cambio de rango (grados/h)= 60 (to max - to min) /tiempo (minutos) ..........( 6.7)

Las medidas se deberán hacer cada 5 minutos o menos, en un periodo de 2 horas para poder establecer la naturaleza del ciclo de la temperatura. Se recomienda el uso de una grabadora automática, sin embargo es posible hacer las mediciones necesarias sin usar el equipo antes requerido.

6.8.3 ACTIVIDAD Y ROPA.

En los edificios se puede estimar los niveles de la actividad y de ropa que utilizan los ocupantes. Esto se deberá estimar con los valores de un periodo de medición, se recomienda una hora antes de iniciar el periodo de medición de los parámetros térmicos.

80

UAM-I CAPITULO Vi. METODOLOGjA PARA LA ELABORACION DE LAS PRUEBAS HIGRO-TERMICAS. 2' PARTE.

6.9 CONDICIONES DE MEDICIÓN.

A fin de poder determinar la eficacia de los sistemas de medición del edificio que sé requieren para lograr el bienestar térmico, las medidas se deberán hacer bajo las

siguientes condiciones;

6.9.1 CONDICIONES INVERNALES.

Para probar durante el periodo invernal, las medidas requeridas se harán tanto en el interior y el exterior en cuanto a la temperatura se refiere, esta diferencia de temperaturas no deberá ser más del 50%, y tomando en cuenta las condiciones exteriores (cielo despejado o nublado)*.

6.9.2 CONDICIONES EN EL VERANO.

Para probar que durante este periodo de calor, que están presente durante esta temporada del año, las medidas requeridas se harán cuando la temperatura interior- exterior tenga una diferencia junto con la humedad que no sobrepase el 50% de los valores entre las variables antes mencionadas *.

*Cuando las condiciones térmicas de la zona ocupada tienen una sensibilidad alta del tiempo y de las condiciones presentes, entonces las medidas se harán tal que los extremos altos y bajos de los parámetros térmicos se determinan.

Para poder probar las zonas internas de los grandes edificios, las medidas requeridas se harán que con la zona de carga a por Io menos el 50% del diseño de carga, en un ciclo completo del sistema, si esto no esta proporcionalmente controlado.

6.10 EQUIPO MECANICO DE OPERACIÓN PARA LOGRAR LAS CONDICIONES DE CONFORT.

A fin de poder determinar las acciones de corrección que se requieran para poder analizar las variables requeridas, las operaciones siguientes del sistema mecánico

deberán medirse frecuentemente con las datos que se obtengan del ambiente.

6.10.1 6.10.2 6.10.3 6.10.4 6.10.5 6.10.6

Abastecer con suficiente aire el espacio que esta siendo medido. Cuarto /la diferencia de temperaturas del aire de abastecimiento (At); El tipo y la ubicación de la sala mas difusa o de la ventilación de la salida; Velocidad de descarga; En el perímetro, el tipo de calor, ubicación y clase; Tamaño y ubicación de la rejilla;

81

UAM-I INGENlERjA EN ENERG¡A

6.10.7 Tipo de aire de abastecimiento, si se puede conocer.

6.1 1 COMENTARIOS DE CAPITULO

En este capítulo se hace una continuación de todos y cada uno de los parámetros que se requieren para poder lograr el confort higro-térmico, que es nuestro tema de

estudio y es en este capítulo donde nos damos cuenta que debemos seguir un cierto proceso, esto en cuanto al tiempo de medición de las variables que se requieren para lograr el bienestar y otros temas que no dejan de ser importantes en este estudio como lo son el equipo de medición que se requiere.

En el capítulo siguiente se dará una metodología para poder realizar pruebas de confort higro-térmico, que se llevaran a cabo en el LAC (Laboratorio de Ambiente Controlado) de la UAM-I, donde se deberán hacer las encuestas necesarias para poder tener resultados que nos ayuden a definir los intervalos para poder encontrar el confort en nuestro país.

82

UAM-I CAPiTULO VII. ELABORACIÓN DE LA METODOLOG/A PARA LAS PRUEBAS DE

CONFORT HIGRO-TÉRMICO EN EL LAC DE LA UAM-I, PARA NUESTRAS POBLACIONES MEXICANAS.

CAPíTULO VI1

ELABORACIÓN DE LA METODOLOGIA PARA LAS PRUEBAS DE CONFORT HIGRO-TERMICO EN EL LAB. DE AMBIENTE

CONTROLADO DE LA UAM-I, PARA NUESTRAS POBLACIONES MEXICANAS.

7.1 METODOLOGiA A SEGUIR PARA LA ELABORACIÓN DE LAS PRUEBAS DE CONFORT EN EL LABORATORiO DE AMBIENTE CONTROLADO.

A continuación se trata de dar una serie de pasos a seguir para poder realizar las pruebas antes mencionadas y tener muestras en nuestras poblaciones mexicanas sobre el confort higro- térmico.

Identificación de la gama de climas en donde se ubica la sociedad bajo estudio. División territorial en función de los climas presentes en la R.M. Selección de los sitios de interés (Ciudades, pueblos, municipios) que será una función de la

Identificación de la Variables climáticas anuales. Selección de los parámetros e intervalos de variación. Selección de la estrategia de variación. Selección del o los clo a utilizar en los periodos de prueba Identificación y selección de las personas que en forma voluntaria puedan y quieran contestar la encuesta que se aplicara durante el periodo de prueba. Aplicación de la encuesta. Realización de la prueba. Análisis de resultados. Elaboración de una carta Bioclimática, para poder localizar la zona de confort. Conclusiones.

densidad de población. e o

7.2 IDENTIFICACIÓN DE LA GAMA DE CLIMAS EN DONDE SE UBICA LA SOCIEDAD BAJO ESTUDIO.

Como antes ya se ha mencionado México ofrece una gran variedad de climas. Además de estar cruzado por el trópico de Cáncer, que lo divide casi por mitad de dos grandes zonas climáticas (zona tórrida y zona templada).

Que significativamente tiene tres denominaciones, la primera es la llamada tierra caliente, la segunda llamada tierra templada y por Último la tierra fría. En la tierra caliente, que se extiende desde el nivel del mar hasta la latitud de 900 m., la temperatura media anual fluctúa entre los 25 y 28' C. En tierra templada, que asciende hasta los 1700 o 1800 m, la temperatura media es de

83

UAM-I INGENIERIA EN ENERGíA.

23' C, aunque en algunos puntos desciende a valores entre los 5 y 10' C. La tierra fría, que llega hasta los 2700 m, comprende todas las áreas elevadas de la antiplanicie, incluido el valle de México, donde está situada la capital; la temperatura media es aproximadamente de 17.5'C. A veces se distingue como una cuarta zona la llamada tierra helada; corresponde a las cumbres más altas y la temperatura mínima es inferior a cero.

Durante el invierno vientos fríos y secos imperan en casi todo el país. En el verano se produce una invasión de masa de aire caliente y húmedo. De manera muy general se puede mencionar que el territorio nacional está constituido por 13% de su territorio en una zona tropical lluviosa, la árida el 61%, y la templada lluviosa el 26%

Debido a su latitud y a su topografía, Mexico cuenta con una gran diversidad de climas: desde los cálidos, secos, muy secos y templados. En México el clima está determinado por varios factores, entre los que se encuentran la altitud sobre el nivel del mar, la latitud geográfica, las diversas condiciones atmosféricas y la distribución existente de tierra y agua. Por lo anterior, el pais cuenta con una gran diversidad de climas, los cuales de manera muy general pueden clasificarse, según su temperatura, en cálido y templado; y de acuerdo con la humedad existente en el medio, en: húmedo, subhúmedo y muy seco.

Todo esto ya se ha descrito en el capítulo I I , donde se mencionan con más detalle, además de ver en el apéndice de este trabajo los diferentes mapas de la R.M, en cuanto al tipo de climas que están presentes, así como las temperaturas y los valores de la humedad.

Los mapas serán de gran ayuda, ya que con estos se podrá tener una aproximación del clima que esta presente en la muestra de personas que provengan de un cierto lugar.

7.3 DIVISIÓN TERRITORIAL EN FUNCIÓN DE LA GAMA CLIMATICA.

El clima presente en Territorio Nacional es muy variado, pero debemos enfocarnos al lugar en donde se llevaran a cabo las encuestas para este estudio que tienen como objetivo el confort higro-térmico, la zona a la cual se enfocaran este trabajo esta en la capital del pais, con las variables climáticas que de algún modo conocemos, por el lugar de residencia que se tiene. Pero antes deberemos definir de una forma más exacta los climas en la República Mexicana.

La siguiente tabla nos muestra estas divisiones con sus respectivos porcentajes.

'351 Enciclopedia Barca, Tomo X, Encyclopedia Britannica Publishers, INC, Pag.267-270.

84

UAM-I

Tipo de clima I VÓ Presente I Subdivisiones

CAPjTULO VII. ELABORACIÓN DE LA METODOLOGiA PARA LAS PRUEBAS DE

CONFORT HIGRO-TÉRMICO EN EL LAC DE LA UAM-I. PARA NUESTRAS POBLACIONES MEXICANAS

% Subdivisiones T promedio

TABLA 7.1 Subdivisiones en los diferentes tipos de climas en territorio nacional

Seco

Muy seco

Cálido

Templado

28.3% 22a26'Cyde 1 20.8%

27.7% Cálido húmedo. 4.7% 22 a 26OC

18 a 22OC 18 a 22OC y más

de 26OC

Cálido subhúmedo 23% 22a 26OC y mas

de 26OC 23.2% Húmedo 2.7% 18 a 22OC

Subhumedo 20.5% 1 0 a 18yde 18a 22OC

El lugar donde se realizaran las pruebas de confort higro-térmico esta en la ciudad de México, el cual cuenta con un clima que esta entre el cálido subhúmedo que tiene temperaturas medias anuales de entre los 22 y 26OC.

Otro punto de interés para el estudio del confort higro-térmico es la humedad relativa que esta presente en territorio nacional, esto se podrá apreciar en el anexo de este trabajo y que es cortesía del Instituto de Geografía de la UNAM.

7.4 SELECCIÓN DE LOS SITIOS DE INTERES.

Este es un punto de suma importancia ya que primeramente se tendrá que tomar la decisión del tipo de población a la cual se le aplicara la encuesta y por ende del clima a la que estas personas estén acostumbradas. El primer punto a tratar es el del concentrares en las ciudades de nuestro país, como lo son después de la capital, la ciudad de Monterrey, Guadalajara, etc, no olvidándonos de las pequeñas ciudades como lo son Morelia, Cuernavaca, Puebla, Tijuana, Mexicali, Guanajuato, Villahermosa y muchas más, también es necesario nombrar a los centros de recreación o lugares para vacacionar como son los puertos de Acapulco, Puerto Vallarta, Cancún, etc.

Pero ¿por qué concentrarse en las principales ciudades del país? La respuesta a la pregunta antes planteada es muy sencilla de responder, ya que son en estas ciudades donde se concentra un mayor índice de población por metro cuadrado, y como consecuencia un lugar en donde están ubicadas oficinas y fabricas de grandes empresas, teniendo como consecuencia que haya un alto índice de población y una urbanización muy grande. Esto nos da un gran. campo de estudio, no solamente en el confort sino también para el ahorro de la energía.

85

UAM-I INGENIERIA EN ENERGIA.

Tipo o subtipo Templado subhúmedo con lluvias en verano Semifrío húmedo con abundantes lluvias en

Semifrío subhúmedo con lluvias en verano verano

Semiseco templado

Como una observación se puede decir que son en las grandes ciudades de nuestro país donde se consume mayor energía eléctrica, esto es debido a la enorme población presente, esto nos lleva a poder captar y resolver problemas del uso ineficiente que tienen en cuanto al consumo de esta energía.

% de la superficie estatal 57.00

10.00 23.00 10.00

De acuerdo con los resultados del XI1 Censo General de Población y Vivienda, al 14 de febrero del 2000, residían en la República Mexicana un total de 97,483,412 Del total de residentes en México, 47.59 millones son de sexo masculino y 49.89 millones, del femenino36.

En cuanto a la distribución geográfica, la densidad de población en el ámbito nacional en el 2000 es de 50 habitantes por km2; sin embargo hay entidades como el Distrito Federal, el Estado de México y Morelos existen 5,643; 611 y 313 habitantes por km2 respectivamente, en caso opuesto encontramos que en Chihuahua, Sonora, Campeche y Durango que tienen alrededor de 12 habitantes por km’; pero en el caso de Baja California Sur, donde apenas se alcanza 6 personas por km2.36

Es por las razones antes mencionadas que se deberá concentrarse en las grandes ciudades, o donde estén presentes una densidad de población muy elevada.

7.5 IDENTIFICACIÓN DE LAS VARIABLES CLIMATICAS ANUALES.

A continuación se mencionan algunos datos climatológicos como lo son el tipo de clima y la humedad relativa, de las principales ciudades de nuestro país.

+ Tipos de climas presentes en el Distrito Federal

El porcentaje territorial de la capital del país es del 0.1% de la superficie del país.

TABLA 7.2 Tipos de climas presentes en el D.F

[361 www. inegi.gob.mx

86

UAM-I

Tipo o subtipo Cálido subhúmedo con lluvias en verano Semicálido subhúmedo con lluvias en verano Templado subhúmedo con lluvias en verano Semiseco muy cálido y cálido Semiseco semicálido

CAPiTULO VII. ELABORACIÓN DE LA METODOLOGjA PARA LAS PRUEBAS DE

CONFORT HIGRO-TERMICO EN EL LAC DE LA UAM-I, PARA NUESTRAS POBLACIONES MEXICANAS.

YO de la superficie estatal 24.46 45.77 16.29 2.60 6.74

+ Tipos de climas presentes del estado de Jalisco.

Tipo o subtipo Semicálido subhúmedo con lluvias en verano Semicálido subhúmedo con lluvias escasas todo el año Templado subhúmedo con lluvias en verano TemDlado subhúmedo con lluvias escasas

Porcentaje territorial de este estado es del 4.0% de la superficie del país.

% de la superficie estatal 9.1 1

10.60 4.88

Tabla 7.3 Climas presentes en el Estado de Jalisco

todo'el año Semifrío subhúmedo con lluvias en verano Semiseco muy cálido y cálido Semiseco semicálido

Seco muy cálido y cálido Seco semicálido Seco templado Muy seco semicálido

Semiseco templado

2.15 0.10 16.80 6.56 5.37 16.88 14.45 8.27 4.83

+ Tipos de climas presentes del estado de Nuevo León.

Porcentaje territorial de este estado es del 3.3% de la superficie del país.

Tabla 7.4 Climas presentes en el Estado de Nuevo León.

87

UAM-I INGENIERIA EN ENERGiA.

Lo anterior será el marco de referencia para poder establecer los parámetros requeridos en las pruebas ya antes mencionadas, donde se invitaran a personas de todo el país a participar en este estudio y así poder tener datos estadísticos del confort en el territorio nacional.

Es el momento de formularnos una pregunta muy interesante a responder y que es ¿Qué universo de estudio en los diferentes climas presentes en territorio nacional es compatible con una persona de una cierta región?

La respuesta por el momento no la sabemos, lo que podemos decir por todo lo mencionado a lo largo de este trabajo es que el individuo se sentirá con una sensación de desagrado, posiblemente presentando síntomas como lo son mareos, dolor de cabeza entre otros, y que aparte de los síntomas físicos habría que pensar en la comida y el tipo de ropa a la que esta acostumbrado, ya que es bien sabido que dependiendo de la región que provenga hay ciertas costumbres en cuanto a comida y vestido.

Pero a lo que más nos inclinamos es a la parte higro-térmica, que es la base de este estudio, y que el individuo ¿podrá sentir el confort en una u otra zona del país con los mismos intervalos de temperatura, humedad relativa y velocidad del aire?, es una pregunta muy interesante sino que la de mayor importancia.

Para poder dar una posible respuesta a la pregunta antes planteada deberemos seguir hacia delante y enfocarnos en los siguientes puntos de estudio.

7.6 SELECCIÓN DE LOS PARÁMETROS E INTERVALOS DE VARIACIÓN

Este es un punto no menos importante ya que la norma contempla una buena cantidad de parámetros de estudio y a su vez de control dándonos en algunas ocasiones el tiempo de variación y de los limites permitidos.

A continuación se mencionan los parámetros que deberemos cuidar y observar.

9

P 9 9

Temperatura (del aire, operativa óptima, de bulbo húmedo, punto de rocío, operativa). Humedad relativa (ambiente y del recinto). Velocidad del aire. Tipo de actividad que no deberá ser de I 1.2 met (donde el nombre de met significa coeficiente metabólico y un met= 58.2 W/m2)42. Aislamiento de la ropa ( I , ,) que se expresa en unidades de clo, recordando que un clo =0.155 m2 OC AN.43 Aislamiento que proviene del conjunto de la ropa (lciu) y que se expresa en unidades de met. Medio ambiente térmico aceptable. Sensación Térmica que siente el individuo.

Los parámetros antes mencionados, solo algunos se podrán controlar desde el laboratorio, pero otros como lo son; la sensación térmica, medio ambiente térmico, el aislamiento de la ropa, tipo de actividad, tendrán que ser descritos por la persona en el caso de la sensación térmica, y por lo que respecta al clo debido a la ropa esa se tendrá que analizar durante el periodo de pruebas. Aeste tipo de sensaciones de les conoce como subjetivas.

88

UAM-I CAPITULO VII. ELABORACIÓN DE LA METODOLOGIA PARA LAS PRUEBAS DE

CONFORT HIGRO-TERMICO EN EL LAC DE LA UAM-I, PARA NUESTRAS POBLACIONES MEXICANAS.

Para la selección de los parámetros de variación hay que poner limites, tanto minimos como máximos, que a continuación se dan;

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

Temperatura del aire, que en la ciudad de México oscila entre los 10.7OC y 23.4OC. Temperatura operativa Óptima, será aquella en la que al menos el 80% de los ocupantes encuentren la sensación de confort. Temperatura de bulbo húmedo, se medirá durante el desarrollo de la prueba y que deberá estar entre los 18OC y los 2OoC. Temperatura del punto de rocío, se medirá durante el transcurso de la prueba y que esta se encuentra entre los 24OC. Temperatura operativa, esta deberá estar entre los 20 y los 28'C. Humedad relativa del ambiente, esta estará entre los rangos de 55% a 65%. Humedad relativa del lugar de prueba, estará entre los límites del 25% al 70%. Velocidad del aire 0.15 y 0.25 mís con una intensidad de turbulencia alta y para el caso contrario será de 0.25 a 0.40 m/s. Tipo de actividad; será necesariamente en estado sedentario. Aislamiento de la ropa; se deberá observar y estudiar las tablas 5 .354 y 5.5 del capítulo 5. Aislamiento que provienen del conjunto de la ropa, serán las mismas recomendaciones que en el punto anterior. Medio ambiente térmico aceptable, serán los valores que se obtengan al finalizar la prueba de laboratorio. Sensación térmica del individuo, estos son 7 tipos de sensación que puede llegar a sentir y que son:

Frío, fresco, ligeramente fresco NEUTRO, ligeramente tibio, tibio, caliente.

Recomendando que la sensación de neutro es la que se quiere llegar a alcanzar

La prueba no deberá sobrepasar los 15 minutos de tiempo empezando con una temperatura de aproximadamente los 25OC y una velocidad del aire constante y con una humedad relativa en el interior del 30%.

7.7 SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA DE VARIAC16N.

En primer lugar deberemos programar una fecha, para inmediatamente después ver la estación del año en que se realizara la encuesta y ver por medio del Servicio Meteorológico Nacional que temperatura ambiente y humedad relativa este presente en dicho día.

Enseguida se determinara el tipo de ropa que las personas usan para determinar su clo, en esta parte del estudio se deberán utilizar las tablas 5.3 y 5.4 dadas en el capitulo 5, tratando de persuadir al individuo de ponerse algún conjunto de ropa que muestran dichas tablas, todo esto para poder tener un rango de precisión en las pruebas.

Enseguida se dispondrá a determinar el valor de las variables de estudio así como el tiempo de variación de dichas variables (Temperatura, velocidad del aire, humedad relativa).

89

UAM-I INGENlERiA EN ENERGiA.

Estación

Invierno

Verano

La intensidad de la turbulencia dependerá de la figura 5.4 de este trabajo o de la figura 3 de la norma ocupada.

Tipo de ropa

Pantalones gruesos, camisa y suéter de manga larga.

Ropa liviana

Como una observación se puede mencionar que no necesariamente se puede seguir estas tablas ya que como se ha mencionado, la sensación de confort es subjetiva, es decir, que para algunas personas con ciertos valores de temperatura y humedad pueden llegar asentir la sensación de confort mientras que para otras personas con los valores antes mencionados no sentirán esa sensación de bienestar, es así como se puede fijar una o dos variables y jugar con las demás subiendo o bajando los demás valores, esto dependerá de los responsables del estudio.

7.8 SELECCIÓN DEL O LOS CLO A UTILIZAR DURANTE LOS PERIODOS DE PRUEBA.

Una pregunta muy interesante con respecto a este punto, es la siguiente ¿Cómo deberemos variar el clo, en general o por región?

La respuesta a la pregunta antes planteada es algo complicada de responder ya que en la república mexicana, existe una gran variedad de climas, una propuesta será la que la norma nos dice y que es la siguiente.

cl o

0.9

0.5

Todo esto será seguido de las tablas presentadas en el capítulo 5, para poder calcular el clo, pero recordemos que el tipo de ropa depende de la región que escojamos. Para ello hay que tener en cuenta las costumbres del lugar y porque no la moda que este presente.

Como un ejemplo se puede decir que tenemos personas del sur y del norte del país, donde el clima es totalmente distinto, mientras que para el primero hay un estándar en todo el año, es decir, la utilización de ropa liviana y que tiene un clo según el conjunto de ropa utilizada que va de 0.4 hasta 0.7, no importando la temporada del año en que nos encontremos, mientras que para el segundo caso dependerá primeramente de la estación del año, ya que el clima en este lugar del país es extremoso y puede variar de una forma muy considerable, que en el verano puede tener un clo de 0.4 a 0.7, mientras que para el invierno puede estar de 1 .O a 1.7 clo.

En el lugar donde se llevaran a cabo las encuestas se tratara de dar un estándar de clo de aproximadamente 0.6 a 1.0 clo esto se propone por las condiciones climatológicas que están presentes en el D.F.

90

UAM-I

HOMBRES ROPA INTERIOR Camiseta sin mangas Camiseta con manga corta

Trusa Camiseta manga larga

CAPITULO VII. ELABORACIÓN DE LA METODOLOGIA PARA LAS PRUEBAS DE


CLO MUJERES CLO

0.06 Sujetador 0.05 0.09 Medio slips 0.13

0.35 Slips entero 0.19 0.05 Camiseta manga 0.35

Otro problema a resolver será la materia prima de la ropa que lleven los encuestados ya que puede ser de mezclilla, algodón, piel, entre otras y que indudablemente afectara él clo.

Calzoncillos largos TORSO Camisa fina manga

A continuación y a pesar de tener las tablas, de la norma ocupada, se da otra tabla más compacta para la determinación del clo.

larga O. 35

0.15 Blusa fina 0.20 corta Camisa fina manga larga Camisa gruesa manga

0.22 Blusa gruesa 0.29

0.25 Vestido fino 0.22

1 “,a gruesa manga 0.29 Vestido grueso 0.70 laraa

Calcetines cortos 0.04 Medias 0.01 Calcetines largos 0.10 Pantys 0.01 Zapatos sandalias 0.02 Zapatos sandalias 0.02 Zapatos mocasines 0.04 Zapatos mocasines 0.04 Zapatos botas 0.08 Zapatos botas 0.08

Fuente; MANUAL DE CLIMATIZACION TOMO I I : CARGAS TERMICAS, JOSE M. PINAZO 1 PN, UPV.

91

UAM-I INGENlERiA EN ENERG/A.

7.9 IDENTIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE LAS PERSONAS QUE EN FORMA VOLUNTARIA PUEDAN Y QUIERAN CONTESTAR LA ENCUESTA.

La norma en este punto no es muy explícita ya que Únicamente nos menciona que el individuo debe estar sano física y emocionalmente, además de que este acostumbrado a realizar un trabajo de los llamados sedentarios, es aquí donde nosotros podemos proponer una edad mínima y máxima que la primera estará entre los 20 años hasta los 45 años.

Además de proponer que la persona quiera y pueda ayudarnos a resolver la encuesta.

Lo que se debe considerar entre otras cosas como es el uso de la ropa ya antes mencionada es el sexo de la persona, edad, peso, complexión, cultura (es decir, el habito de comida y trabajo que desempeña), además de la actividad metabólica, color de piel y percepción.

7.10 REALIZACIÓN Y APLICACIÓN DE LA ENCUESTA.

La encuesta consistirá en una serie de preguntas básicas que las personas puedan responder de una forma rápida. Las preguntas son las siguientes:

De antemano y agradeciendo tu valiosa cooperación en la realización de esta encuesta

1. Lugar y fecha de nacimiento. 2. ¿Cuál es tu peso en la actualidad? 3. ¿Trabajas en la actualidad? Si tu respuesta es negativa, pasa a la pregunta-5 4. ¿En qué consiste tu trabajo? 5. Sexo ’> . 6. Estatura

8. ¿Cómo consideras tu estado de salud en la actualidad? 9. Estado civil 10. ¿Fumas? Sí tu respuesta es afirmativa pasa a la pregunta 11, en caso contrario pasa a la

pregunta 12 11. ¿Tiempo que llevas fumando? 12. Practicas algún deporte 13. ¿Qué deportes practicas? 14. ¿Qué tiempo a la semana le dedicas a hacer deporte? 15. ¿Estas a gusto en este momento? 16. ¿Por qué? 17. Tipo de ropa que utilizan en la mayor parte del día 18. Tipo de ropa que utilizas o te gustaría utilizar en el transcurso del día 19. Da una definición de confort 20. ‘Cómo consideras tu lugar de residencia, en cuánto al clima y su temperatura? 21. ¿En tu hogar hay sistemas de aire acondicionado? 22. ¿En tu trabajo hay sistema (s) de aire acondicionado? 23. ¿Sabes utilizar el equipo de aire acondicionado? 24. En tu lugar de residencia, dime ‘cuál es tu hora donde te sientes más a gusto en cuanto al

25. ¿Qué época del año te gusta más?

7. Complexión t

clima se refiere?

92

UAM-I CAPiTULO VII. ELABORACI6N DE LA METODOLOGIA PARA LAS PRUEBAS DE


26. ¿Por qué? 27. En tu lugar de trabajo ¿Qué hora es donde sientes la sensación de confort? 28. Cuándo entraste en el laboratorio ¿Qué sensación térmica sentiste?

Sensación Frío Fresco Ligeramente fresco Neutro Ligeramente caliente Cálido Caliente

29. ¿Por que crees que sentiste esa sensación que describes? 30. ¿Qué opinas de poder realizar en nuestro país este tipo de estudios? 31. ¿Consideras que el sentir confort en el lugar donde te encuentres es importante? 32. ¿Por qué? 33. ¿Cómo te sientes en este momento? 34. ¿Qué clima prefieres? 35. ¿Qué es lo que más te desagrada (clima) del lugar donde vives? 36. Has oído hablar del confort higro-térmico 37. Dame una definición del confort higro-térmico 38. ¿Te gusta salir al cine? 39. ¿Cuándo entras al cine, que es lo primero que sientes en cuanto al clima del lugar 40. ¿Cómo te sientes en este momento? 47. Escribe en este espacio la sensación que sientes en este momento

Sensación Frío Fresco Ligeramente fresco Neutro Ligeramente caliente Cálido Caliente

42. ¿Te gusto estar en este lugar durante este tiempo? 43. De la siguiente escala dime cual es la que sintió en general a lo largo de este tiempo

Sensación Frío -resco -igeramente fresco qeutro lgeramente caliente X i d o :aliente

-

44. De la escala del 1 al IO, dar un valor del cual tu crees que merezca este tipo de estudios.

93


7.1 1 ANALISIS DE RESULTADOS

AI acabar la (s) encuesta (s), se dispondrá a analizar los resultados que se obtengan de las variables que son tema de este estudio y que de alguna manera se controlaron para poder empezar a dar ciertas conclusiones y por ende poder decir de una forma más clara si se consiguió que al menos el 80% de los ocupantes estuviera a gusto dentro del recinto.

Un punto que se debe tratar con sumo cuidado es el de comparar los resultados obtenidos con la gráfica de la norma (figura 2), es decir, ver si Io que la norma nos muestra, coincide de alguna manera con los datos que se obtuvieron.

Tratando además de dar gráficas como los son vel. del aire vs tiempo, edad de las personas vs sensación térmica, humedad relativa vs temperatura del aire, etc.

7.12 ELABOWCIÓN DE LA CARTA BlOCLlMATlCA LOCAL, ASí COMO LA UBICACIÓN DE LA ZONA DE CONFORT.

La carta bioclimatica, es una gráfica donde se define una zona de confort, que esta en función de la temperatura y de la humedad relativa, esto es para personas con trabajo sedentario y con aproximadamente 1 clo, el clo dado es para la temporada de primavera, ya que si las pruebas se realizan en invierno el clo cambia a 1.5 y puede también variar la temperatura y la humedad relativa. La llamada zona de confort puede cambiar dando diferentes valores a la velocidad del aire.

No necesariamente se tiene que cambiar la velocidad del aire, sino que puede variar el clo- como lo descrito anteriormente, además de otras variables como son; el nivel metabólico, la temperatura del recinto entre otras, es decir, tratar de dar parámetros adicionales jugando con todos los parámetros que intervienen en el confort higro-térmico. 0 0

Es importante mencionar que la correcta adecuación al clima en un asentamiento, está directamente relacionada con el confort de los habitantes a lo largo del año. Tratando de dar una definición de la carta bioclimatica, se puede mencionar que es una carta psicométrica sobre la cual nos dará un área, y esta área es la llamada zona de confort, además esta área representa ciertos estados higro-térmicos para los individuos con cierto clo y actividad metabólica que no sobrepase los 1.2 met, que es lo que la norma nos menciona.

La siguiente gráfica se muestra teóricamente de cómo se puede ser una carta bioclimatica, para conseguir las condiciones de bienestar.

94

UAM-I CAPITULO VII. ELABORACION DE LA METODOLOGIA PARA LAS PRUEBAS DE CONFORT HIGRO-TÉRMICO EN EL LAC DE LA UAM-I. PARA NUESTRAS POBLACIONES MEXICANAS.

CARTA BlOCLlMATlCA

80 -

70

? 50 40 30

10 O

s 60

B 20 I-

r \/=0,15

- s - ~ 0 , 1 8 I t -v= 8 9

1 - v = 6.5

O 10 20 30 40 50 60

HUMEDAD RELATIVA

Figura 7.6 Ejemplo de una carta bioclimatica para detectar la zona de confort en nuestras poblaciones mexicanas.

i ~ ._ -

HR Figura 7.7 Zona de confort teniendo una actividad metabólica y clo constante.

La explicación de la carta bioclimatica es la siguiente; dando valores a la temperatura y a la humedad relativa y dejando constante a la velocidad del aire que es lo que se trata de representar con la figura 7.6 y 7.7, que son las líneas transversales que están representadas por medio de una vn , hace que tengamos un rectángulo, que dentro de esta figura geométrica hay signos de asteriscos que nos representan el momento que con ciertos parámetros de T y HR, una persona siente la sensación de bienestar.

Todo esto se ha determinado teóricamente, ya que no siempre podrá ser un rectángulo la zona de confort, esto dependerá del o los individuo (s), es decir, de la actividad a la que este acostumbrado a realizar, la edad, la complexión, etc. La carta se podrá realizar de una forma general o para ciertos sectores o regiones del país a la cual sé este aplicando la encuesta.

95

UAM-I INGENIERIA EN ENERGíA.

7.1 3 CONCLUSIONES

Es aquí donde después de haber estudiado detenidamente los parámetros de nuestro interés, se dará una evaluación más completa y concreta sobre los niveles de confort para la población mexicana y así dar un diagnostico sobre si cumplimos con la norma de ASHRAE que ocupamos, ya que como se ha descrito con anterioridad no es necesariamente tienen que ser los mismos rangos que dicha norma nos menciona.

Todo lo anterior dependerá del individuo ya que, por ser una norma extranjera iino podría pensar que cambiaran los rangos de confort, ya que en nuestro país hay diferentes hábitos y/o costumbres que la norma pudo tener como referencia.

Por último se puede mencionar que este tema es bastante complejo y a la vez interesante, pero para poder realizarlo se requiere de una serie de dispositivos que puedan controlar y darnos lecturas confiables de los parámetros que se requieran, en este caso son temperatura y humedad. Todo esto nos lleva a poder decir que con los instrumentos necesarios se pueden lograr metas bastante interesantes y posiblemente descubrir o dar ideas para tener un futuro mejor.

96

UAM-I APÉNDICES

APÉNDICES

@ Apéndice A

Ábaco que se utiliza para obtener la humedad relativa, en función de la temperatura húmeda y de la temperatura seca.

eo

70 76 i- w

Figura IA. Ábaco para obtener la temperatura efectiva. Fuente; Kale Associates

Para poder entender y poder usar la gráfica anterior, debemos primeramente ver las variables que componen dicha figura, encontrando que las variables son; la temperatura de bulbo húmedo, la temperatura de bulbo seco y la humedad relativa dado en porcentaje.

Recordando que la temperatura de bulbo húmedo es aquella que se define como la temperatura a la que el agua se evapora en el aire, mientras que la temperatura de bulbo seco es aquella que esta presente en el medio, es decir, en el aire, por Último la humedad relativa se define como; la relación de la cantidad de agua, realmente presente en un m3 de aire respecto a la mayor cantidad de vapor que contendría el aire si estuviera saturado.

Es preciso mencionar que a medida que el aire tenga menos vapor de agua, la lectura del termómetro húmedo irá disminuyendo, entonces, la temperatura húmeda es un índice de la humedad.

97


Un ejemplo de la utilización del ábaco es la siguiente; supongamos que se tiene el valor de la temperatura húmeda y seca, donde estas tienen los siguientes valores.

Temperatura de bulbo húmedo (72 OF) Temperatura de bulbo seco (84' F)

Primeramente se localiza en el ábaco los valores de dichas temperaturas y posteriormente se unen por medio de una línea recta que seguirá hasta la línea que nos da el valor de la humedad relativa. El valor de la humedad para este ejemplo es de 56%.

@& Apéndice B

Tabla de humedad relativa en función de la temperatura seca y húmeda.

fabla 1B. Tabla de humedades relativas basado en los valores que proporcionan un -mÓmetro seco y un termómetro húmedo, los valores de esta habla se derivan del diagrama icométrico. ente, Control de sistemas de aire acondicionado, J.A. Gámiz, Ed. CEAC. Pág.64.

;om0 un ejemplo de la utilización de la tabla anterior se menciona que si se tienen ciertos lores de temperatura de bulbo seco igual a 18 OC y de temperatura de bulbo húmedo igual a 12 , entonces la diferencia entre ambas cantidades es de 6 OC. El valor de la diferencia que en :e caso es de 6 OC se busca en la primera fila de la tabla, para después buscar en la primera umna el valor de la temperatura de bulbo seco (18 OC), teniendo estos dos valores se busca la mección entre ellos, que para este ejemplo da un valor de 44% de humedad relativa.

98

UAM-I

Apéndice C

Diagrama de confort ASHRAE.

APÉNDICES

10 15 20 25 30 35

Temperatura seca ("C)

Figura 1 C.Diagrama del confort, publicada por ASHRAE. FUENTE; Control de sistemas de aire acondicionado, J.A.Gámiz, Ed, CEAC, pag 52

La explicación de la figura I C es la siguiente;

En el eje horizontal de la figura esta representad por la temperatura seca (temperatura presente en el aire que esta en un recinto), mientras que en el eje vertical esta representada por la temperatura húmeda, que corresponde a las mediciones realizadas con un termómetro envuelto con una gasa y expuesto a una corriente de aire que circunda al recinto.

Las líneas inclinadas, que salen del vértice inferior izquierdo al superior' derecho, corresponden a los diferentes valores de la humedad relativa del aire (1 0,20,30, ..., 1 OO%), mientras que las líneas inclinadas que cortan a las anteriores (líneas de la humedad relativa) son las líneas que tienen valores de 15, 20, 25 y 30 OC son las que corresponden

99


a la temperatura efectiva. La temperatura efectiva es aquella que expresa el índice del compuesto que la temperatura y la humedad relativa del aire producen sobre el cuerpo.

Mientras que para las líneas numeradas con I , 2, 3 y 4 delimitan los diferentes tipos de sensaciones que puede sentir un individuo y cada número tiene determinado un tipo de sensación.

Confortable

4 Caluroso

De la gráfica IC, se puede mencionar que las líneas 1, 2, 3 delimitan el área que corresponde a la llamada zona de confort.

Como una observación se puede mencionar que después de analizar la gráfica, y desde el punto de vista económico, puede resultar favorable modificar el grado de humedad del aire en lugar de modificar sustancialmente su temperatura, o bien, modificar levemente los dos parámetros (temperatura y humedad relativa), en lugar de cambiar de manera importante alguno de ellos por

Apéndice D

Energía metabólica (met).

Es la energía neta por unidad de tiempo producida por el metabolismo de un individuo standard*, depende de su grado de actividad y se puede apreciar en la tabla siguiente.:

*Para poder normalizar la cantidad de energía neta que es generada por el metabolismo del cuerpo humano, se define el concepto de hombre adulto standard, el cual se considera con un peso de 70 kg y una altura de 1.73 m[381.

La siguiente tabla da los valores típicos en unidades de watt y de met para actividades típicas de las personas.

[371Control de sistemas de aire acondicionado , J.A. Gámiz Ed. CEAC, pág 53 r381Manual de climatización, Tomo I I , Cargas Térmicas, José M. Pinazo, Ed. IPN, UPV, pag17

1 O0

UAM-I APÉNDICES

Actividad Energía metabólica neta (W) (met)

Acostado durmiendo Sentado en reposo (teatro, cine) Sentado trabajo muy ligero (de oficina) Sentado trabajo ligero (Trabajo montaje..) De pie trabajo muy ligero (sin movimiento) De pie trabajo ligero (Marcha reducida) De pie trabajo moderado (Taller, tornero..) De pie trabajo pesado (Marcha intensa) De pie trabajo muy pesado(Ejercicios

Tabla 1 D. Energía metabólica neta por unidad

74 115 139 ‘I 85 139 235 255 400 470

0.7 1 .o 1.2 1.6 1.2

2.04 2.22 3.48 4.09

585-900 5 hasta 8 ? tiempo producida por un hombre . .

estándar en función de su actividad-( 1 met= 115 W). Fuente; Manual de climatización, Tomo II, Cargas Térmicas, José M. Pinazo, Ed. IPN, UPV, pág18.

n una sensa

Apéndice E

Temperatura de la

La temperatura superficial del cuerpo varía ión de agrado para personas en actividad sedentaria o de pie paseando entre 31.5OC y 33.5OC, a partir de la cual tendremos “sensación de calor”, y si esta lega a alcanzar los 36OC será calificada de “muy caliente” Por el contrario cuando la temperatura de la piel desciende de 31 OC sufrimos una sensación de frío, y si se alcanzan los 29OC comenzarán los escalofríos, y se califica como extremadamente frío.

.

La temperatura de la piel que se considera agradable varía de forma muy importante según el grado de actividad, así Fanger sugirió una correlación en función de la actividad metabólica de la persona, tal como;

Tpiei = 35.7 - 0.0372 ( MN personas / A súper) con datos en OC, W y m2 respectivamente y en

donde

Tpiel .- Temperatura de la piel. MN personas.- Energía neta í unidad tiempo producida por las personas (W o met) A súper.- Area superficial en m2.

13’] Manual de climatización, Tomo II, Cargas Térmicas, José M. Pinazo, Ed. IPN, UPV. pág62

101

INGENIERIA EN ENERGiA UAM-I

Apéndice F

Condiciones de confort estándar y características típicas del individuo[401

Hombre estándar ( AsGper= 1.97 m2) Actividad sedentaria (MN=I 15 W)

Vestido ligero ( I c i , efectivo= 0.6) Temperatura de paredes = Temp. Seca

( Trm=Ts)

Donde:

Ascper = area superficial (m2) MN= energía neta / unidad de tiempo producida por las personas (W o met)

Altura (m) Peso (kg)

Hombre 1.73 70

Niño 1 .o0 25 Mujer 1.60 55

140J Manual de climatización, Tomo I I , Cargas Térmicas, José M. Pinazo, Ed. IPN, UPV, págs. 65,66

1 o2

UAM-I APÉNDICES

@ ApédiceG.

Diagrama de flujo para la realización de las pruebas de confort higro-térmico en nuestras poblaciones.

'Se puede Determinación calcular el clo y met de

cuestas con cierta T, tomando el tiempo

Contesta la encuesta y

de duración de las pruebas seleccionadas

en al menos el

I Conclusiones de los encuestados respecto al ambiente térmico que sintieron

- seleccionadas en el intervalo

I

Inicio 3 de la R.M a encuestar

Análisis del clima del lugar

del lugar?

Selección de las I,\/ personas para contestar la encuesta

ropa.

103


Apéndice H.

Rangos aceptables de la temperatura operativa y humedad para personas en el verano e invierno con ropa típica usada según la estación del año y con una actividad sedentaria (I 1.2 met). Los rangos de la temperatura operativa están basados en un criterio de descontento del 10% de las personas.

Figura 1 H. Diagrama para encontrar la sensación de confort. Fuente; ANSVASHRAE 55a-1995. Pág. 4.

104

ESTADOS UNIDOS M I

“4 OR

S- E CLIMAS DE MEXICO I

SECOS 3 5%CO 4 t&"SECC

TEMPLADOS SUBGRtJPOS DE CLMAS -E1AP1.AOOS 5 r E w u w SUWMEOO 6 IEMPVIDO HUMEW

c

Menor de 45

De 4 5 a 5 5

Periodo. 1 94 1 - 1 980

ESCCI.LA 1 : 16 O00 O00 Autores: Rosalía L E nriq IJ e t c

UAM-I INGENiERíA EN ENERG¡A

B I B L I OG RAF í A.

+ Difusión del aire en locales Pedro Rufes Martínez Ed. CEAC.

* La psicrometría

Ed. CEAC. I Angel Luis Miranda Barreras

+ Control de sistemas de aire acondicionado J .A. Gámiz Ed. CEAC.

.b Diseño y proyecto de una cámara de ambiente controlado para el estudio de confort higro-térmico, aire acondicionado y refrigeración. Mónica Díaz Barriga Herrera Tesis de Maestría de la UAM-A

+ ABC del aire acondicionado Ernest Tricomi Ed. Alfaomega marcombo

+ Manual de climatización Tomo I: Transformaciones Sicrométricas José Manual Pinazo Ojer Ed. IPN y UPV

Manual de climatización Tomo II: Cargas Térmicas José Manual Pinazo Ojer Ed. IPN y UPV

+ Refrigeración y aire acondicionado Air-Conditioning and Refrigeration Institute Ed. Prentice Hall.

+ Aire acondicionado y refrigeración para regiones tropicales L.W.Cottell, S Olarewaju Ed. Limusa.

+ Fundamentos de Termodinámica Gordon J. Van Wylen, Richard E. Sonntag Ed. Limusa.

Ergonomía ( Fisiología del Trabajo), Dirección General de Medicina y Seguridad en el Trabajo, Secretaría del Trabajo y Previsión Social., Ed. Popular de los Trabajadores.

* Experimentación, una introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experimentos. D.C. Baird, Ed Prentice may,pág. 31-32.

108

BlBLlOGRAFjA

Enciclopedia Barsa, Tomo V111, X. Enciclopedia Británica Publisher, INC.

Comfort and Humidity Larry. G. Berglund ASHRAE Journal, Agosto de 1998, pág. 35-41

Guidelines For Comfort Bjarne W. Olesen. ASHRAE Journal, Agosto de 2000, pág. 41- 46.

Comfort and control in the workplace Carol Lomonaco, Dennis Miller ASHRAE Journal, Septiembre de 1997, pág. 50-56.

Low temperature air, thermal comfort and indoor air quality. Daniel Int- Hout ASHRAE Journal, Mayo de 1992, pág. 34-39.

Air movement and thermal comfort Marc E. Fountain, Edward A. Arens. ASHRAE Journal, Agosto de 1993, pág. 26-30.

A History of Comfort Cooling Using Ice Bernard Nagengast. ASHRAE Journal, Febrero de 1999, pág. 49-50.

ASHRAE STANDARD Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. A NSUASHA RE 55- 1992, 55" 1995.

Enciclopedia de la climatización Aire Acondicionado. Angel L. Miranda Barreras Ed. CEAC.

Enciclopedia Mc Graw Hill de Ciencia y Tecnología Tomo II Sybil P. Parker Ed. Mc. Graw Hill.

Climatización de confort e industrial. Pere Esquerra i Pizá Ed. Marcombo.

Ingeniería del Ambiente Térmico James L. Threlkeld Ed. Prentice Hall

Ergonomía 1 Fundamentos Pedro R. Mondelo, Enrique Gregori Torada, Pedro Barrau Bombardo. Ed. Alfaomega.

1 o9

UAM-I

+

.(i

+

4

INGENIERIA EN ENERG¡A

Acondicionamiento bioclimático para la ciudad de Guadalajara. Ávila David Carlos Ed. Universidad de Guadalajara.

Complejidad y conducta en la arquitectura. Covarrubias J. Ed. UAM-A

Viviendas y edificios en zonas cálidas y tropicales. Koenigsberger, O. H y otros. Ed. Parafino.

Arquitectura Latinoamericana, Proyecto clima y Arquitectura. González, E y otros, Universidad de Zulia. Ed. G.G.

Páginas electrónicas:

+ www.inegi.gob.mx + www.editorial.cda.ulpgc.es * www.smn.cna.gob.mx

+ www. ciberclima.com + www.ciub.frigorista.com + www.climasoft.com * www.arquired.com

www.afec.es

110

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