EL VIENTO Y EL ENTORNO EL VIENTO Y LA CIUDAD EL VIENTO Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
EL VIENTO Y EL ENTORNO INMENDIATO LOS VIENTOS EN EL PERU El Perú lo hemos dividido alrededor de 28 climas los factores que determinan su clima son: El Anticiclón del Pacífico Sur que es una célula de alta presión, regulador de la circulación, sopla en sentido antihorario, la Corriente Peruana o de Humbolt y la Cordillera de los Andes que actúa como efecto de barrera.
A) Costa Peruana: En la costa peruana se alternan en el día y la noche las brisas de mar y las brisas de tierra. Por ejemplo en Ica, tenemos las “paracas”, debida a la gran diferencia de temperaturas entre el mar y el desierto, movilizándose abundante arena.
B) Sierra Peruana En nuestra sierra es común la presencia de la brisa del valle, la cual sopla en el día desde las quebradas hacia cuesta arriba y de noche en sentido contrario. C) Selva Peruana En la selva, en forma leve soplan los vientos alisios provenientes del sur-este. Según observaciones del satélite, por medio de fotografías en infrarrojo, durante el fenómeno del niño, el aire cálido, viene del Atlántico, este luego de ascender produce fuertes lluvias en la ceja de selva, atraviesa la cordillera y baja a la costa ya seco y caliente, dando lugar al llamado “colchón” de nubes propia de la margen occidental de nuestros andes.
EL ENTORNO
EL PUNTO DE VISTA URBANÍSTICO Diversos factores geográficos, topográficos, del tipo de vegetación o de suelo y la masa edificatoria intervienen en la orientacion de edificaciones.
Entorno rural
Numerosos asentamientos utilizaron las posiciones elevadas para favorecer la ventilación ascienden hacia las cumbres; por la tarde el aire fluye siguiendo la dirección del valle con viento débil; al anochecer, las cumbres se enfrían más rápidamente y el viento va de la montaña al valle, alcanzando su velocidad máxima momentos
En el entorno urbano ď ˝
El esqueleto urbano debe abrigarnos de los vientos violentos o no deseables y, por otra parte, para ventilar la ciudad, debemos utilizar las corrientes horizontales que podemos dirigir, moderando las mĂĄs violentas.
EL VIENTO Y LA CIUDAD
EL VIENTO EN LOS ESPACIOS URBANOS
Evidentemente el comportamiento del viento en los espacios urbanos depende no sólo de las características topográficas del suelo sobre el que se asienta y la dirección del viento sino también de las características morfológicas de los edificios y la posición de unos en relación con los otros. El esquema básico de comportamiento del viento en relación con un edificio en altura es el de la presión del viento sobre la cara de barlovento ejerciéndose una presión máxima a dos tercios de la altura en relación con el suelo creándose desde esa altura corrientes de aire descendente que generan turbulencias a nivel de suelo en esa cara y en los pasos y callejones laterales.
FLUJO DEL VIENTO ALREDEDOR DE LAS EDIFICACIONES
Cuando el viento incide sobre un edificio se crea una zona de alta presión (positiva) en la fachada del terreno frontal al viento (BARLOVENTO) y en la cubierta; al rodear al edificio incrementa su velocidad, creando zonas de relativa baja presión (negativa) en las caras laterales y en la cara posterior del edificio (SOTAVENTO).
La acción del viento sobre el edificio que produce diferencias de presión en sus fachadas se llama efecto aerodinámico. El viento tiene además un efecto mecánico, al producir cargas adicionales sobre la estructura, y un efecto térmico al enfriar las superficies del edificio. En estudio realizado por Kukreja se determinó la influencia de la forma y dimensiones de las construcciones sobre el patrón de flujo de aire alrededor de los edificios. En la figura se muestra la nomenclatura que se dio a las proporciones de la edificación:
ancho altura relación ancho / altura longitud pendiente del techo aleros orientación con relación al viento
Al aumentar el ancho de una edificación, la profundidad de la sombra aerodinámica permanece relativamente constante.
Al aumentar la altura de una edificación, aumenta la profundidad y altura de la sombra aerodinámica en la misma proporción.
Flujo del viento alrededor de las edificaciones
Longitud. A medida que se incrementa la longitud de una edificación, se aumenta la profundidad de la sombra aerodinámica.
FLUJO DEL VIENTO ALREDEDOR DE LAS EDIFICACIONES Pendiente del techo. En caso de techos con pendientes hasta 30º prácticamente no se modifica la sombra aerodinámica. Aleros. Cualquiera que sea la posición o proporción de los aleros no se produce una variación significativa en la sombra aerodinámica. Orientación con relación al viento. A medida que el ángulo que forma la dirección del viento y la dimensión mayor de la edificación se acerca a 90º, mayor será la sombra aerodinámica.
VENTILACION EN ESPACIOS EXTERIORES
Cuando el arquitecto enfrenta el trabajo de diseñar un asentamiento la consideración de la acción del viento alrededor de los edificios deviene en factor primordial. En climas cálidohúmedos una correcta ubicación de los edificios con relación al viento, propicia una efectiva ventilación natural de los mismos, sin embargo, en climas cálido-secos resulta necesario lograr una adecuada protección de los vientos que aportan aire caliente no favorable al microclima interior.
El viento, al incidir sobre los edificios, origina un determinado patrón de flujo del aire. Los obstáculos, naturales o artificiales, también contribuyen a la modificación de ese flujo. Esto implica que el arquitecto, basándose en los datos meteorológicos de partida y adecuándolos a las condiciones del sitio de la obra, puede llegar a hipótesis sobre cuál será el movimiento del aire alrededor de los edificios, pero una confirmación de esta hipótesis solamente puede obtenerse en estudios de modelación en un túnel de viento. Actualmente se investiga para lograr la simulación por computación, pero los programas resultan complicados debido a la complejidad del problema.
Ventilación en espacios exteriores
Experimentos realizados en el Departamento de Estudios Tropicales de la Asociación Norteamericana de Arquitectos, muestran que si en un asentamiento rural a campo abierto se ubican las construcciones de una planta en fila, tal como se muestra en la figura, la sombra aerodinámica de cada construcción se superpone con la siguiente, trayendo como consecuencia que los edificios quedan sumergidos en una zona de estancamiento del aire, impidiendo su adecuada ventilación. En este caso sería necesario espaciar las edificaciones a una distancia igual a seis veces la altura para lograr la ventilación. . Esto tiene el inconveniente de bajar la densidad de construcción, con el consiguiente aumento del índice de terreno por vivienda, solución muy costosa de proyecto.
Ventilación en espacios exteriores
Si los edificios se disponen alternos el flujo de aire se hace mucho más uniforme, reduciéndose considerablemente las zonas de estancamiento del aire, posibilitándose, por lo tanto, una mejor ventilación de los edificios.
VENTILACIÓN EN ESPACIOS EXTERIORES
Una serie de estudios realizados por Weston en Australia mostraron que si un edificio bajo se
ubica dentro de la sombra aerodinámica de un edificio
considerablemente
más
alto,
este
incremento en la altura pudiera llegar a generar una corriente de aire en el edificio más bajo, pero de sentido inverso al del viento del lugar.
VENTILACIÓN EN ESPACIOS EXTERIORES El viento al incidir sobre la fachada de un edificio relativamente largo divide su flujo en dos partes provocándose una aceleración de su velocidad en las esquinas del edificio.
En caso de existir dos edificios relativamente cercanos pueden producirse ráfagas de una velocidad aún mayor en la zona entre ambos edificios.
ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS EN LA VENTILACION
VENTILACIÓN EN ESPACIOS EXTERIORES
Otro problema que se presenta en las ciudades que tienen edificios muy altos es que éstos últimos producen un gran incremento de la velocidad del aire al nivel del peatón, lo cual puede resultar muy molesto, tanto por su efecto mecánico como térmico. Esto induce la adopción de soluciones de diseño que pueden ser parte del propio edificio o la adopción de elementos exteriores, tales como vegetación, otros edificios auxiliares, entre otras soluciones, que actúen como rompevientos.
VENTILACIÓN EN ESPACIOS EXTERIORES
En el diseño de áreas exteriores donde se cumplen funciones como estar, pasear, jugar o simplemente transitar deben tomarse las decisiones en dependencia del clima del lugar. En climas áridos las personas realizan todas sus actividades en el interior, pero en climas tropicales, templados y aún fríos, las personas realizan una gran parte de sus actividades en el exterior, para ello requieren de protección de la radiación solar térmica y luminosa, así como del polvo. La plantación de árboles, arbustos y otros tipos de vegetación contribuye a bajar la temperatura del aire por enfriamiento evaporativo, purifica el aire, proporciona sombras protectoras de la radiación y disminuye el efecto de deslumbramiento al filtrar la luz. La privacidad visual puede ser resuelta en climas cálidos construyendo barreras verdes perforadas que obstruyan la visión, pero al mismo tiempo permitan el paso del aire. La protección contra el viento que proporciona una barrera de árboles compuesta por varias especies comunes con follaje de densidad media, se muestra en la figura.
VENTILACIÓN EN ESPACIOS EXTERIORES
VENTILACIÓN EN ESPACIOS EXTERIORES
Resulta interesante que la velocidad del viento comienza a disminuir antes de llegar al obstáculo, como consecuencia de la presencia de la masa de aire presionado que se encuentra en esa cara. La menor velocidad del viento, es decir, la mayor protección posible se alcanza a una distancia comprendida entre 4 y 5 veces la altura de la obstrucción Las barreras de árboles pueden componerse en función de la altura necesaria, tal como se muestra en la figura .
VENTILACIÓN EN ESPACIOS EXTERIORES
Para la ubicación de chimeneas, extractores y otras fuentes contaminantes, debe analizarse cuidadosamente el perfil de la sombra aerodinámica de los edificios, para evitar que la salida de los contaminantes quede atrapada dentro de la misma y que la polución afecte al propio edificio o a los circundantes. La altura de la chimenea debe ser tal que la salida del humo quede fuera de la sombra aerodinámica del edificio.
FORMA Y DIMENSIONES DE CONSTRUCCIONES La forma y dimensiones de las construcciones influyen en la ventilación natural en dos aspectos fundamentales: * valores y distribución de los coeficientes de presión en fachadas y cubierta * patrón del flujo de aire alrededor de los edificios
En dependencia de la forma y pendiente de la cubierta y de la forma y dimensiones de la edificación, la acción del viento al incidir sobre ésta, produce presiones positivas (alta presión) y presiones negativas (baja presión) en las diferentes superficies de la construcción y conforma determinada sombra aerodinámica alrededor de la edificación.
ORIENTACION CON RESPECTO AL VIENTO Caso d e ven tilación cru zad a :
Cuando el viento incide perpendicularmente en el edificio la máxima presión se produce en la fachada de barlovento, esta presión se verá reducida si el viento incide de forma oblicua llegando a reducirse hasta un 50% aproximadamente con un ángulo de incidencia de 45º. De aquí pudiéramos inferir que la mayor velocidad del aire en el interior se produciría con una incidencia del viento a 90º con la fachada. Sin embargo Givoni encontró que una orientación a 45º con respecto al viento, en ventilación cruzada con aberturas en muros opuestos, es más conveniente que una orientación a 90º ya que se aumenta la velocidad del aire en el interior del local. Esto se explica al aumentar la velocidad del viento a lo largo de las fachadas de barlovento; por consiguiente la sombra aerodinámica se hace más ancha, la presión negativa (efecto de succión) aumenta y por tanto se incrementa el flujo de aire interior.
ORIENTACION CON RESPECTO AL VIENTO
Por otra parte, B. Evans dice que "es necesario considerar que el aire que entra angulado no se distribuye uniformemente y causa turbulencia en el interior mientras que el flujo de aire que entra perpendicular, atraviesa el espacio de frente, más uniforme y sólo con pequeños disturbios a ambos lados de la abertura de entrada". Por lo tanto, es necesario realizar un análisis integral de la situación considerando no solamente la dirección del viento, sino también la posición y tamaño de las ventanas. En caso de que las ventanas se ubiquen en muros contiguos la ventilación será más eficiente si el viento incide perpendicularmente en la abertura de entrada.
ORIENTACION CON RESPECTO AL VIENTO
Caso de ventilación unilateral: Cuando las aberturas se localizan en uno solo de los muros del local, la ventilación se reduce prácticamente a cero, ya que no existen diferencias de presión en las aberturas. Según Givoni, esta situación puede mejorarse discretamente con la incidencia del viento a 450 colocando dos ventanas en los extremos del local y puede mejorar aún más, añadiendo dispositivos salientes que ayuden a crear zonas de alta y de baja presión alrededor de las mismas que induzcan el movimiento del aire, en casos con incidencia del viento entre 20 y 700.
LOCALIZACIÓN Y TAMAÑO DE LAS ABERTURAS DE ENTRADA Y SALIDA DEL AIRE.
Analicemos primeramente los principios de la ventilación natural dinámica. Ya vimos como el viento al incidir sobre una edificación produce zonas de alta presión en la fachada de barlovento y de baja presión en la fachada de sotavento y en las fachadas laterales.
Localización y tamaño de las aberturas de entrada y salida del aire.
Veamos ahora que sucede cuando la fachada presenta una abertura. Tomemos como ejemplo una placa con una abertura en su parte central. Se formarán en ella dos colchones de aire, uno sobre AB y otro sobre CD; la masa de aire incidente escapará por los bordes A, B, C y D. Se puede observar que los filetes de aire que salen por B y C tienen la misma fuerza y dirección, ya que las dos partes AB y CD de la placa son iguales. En consecuencia, el aire que atraviesa la ranura mantendrá la misma dirección que el flujo incidente. Si la abertura de la placa estuviera desplazada hacia uno de los extremos, en este caso AB > CD, el filete de aire que sale por el borde B tendrá una velocidad mayor que el que pasa por C, de manera que la dirección del aire que atraviesa la abertura será desviada hacia D.
TIPOS DE VENTANAS Y SUS ACCESORIOS
El diseño de las ventanas tiene una gran influencia en la dirección del flujo de aire dentro del local, por tanto, el tipo de ventana debe seleccionarse teniendo en cuenta los requisitos de la ventilación y el tipo de clima. En climas cálido-húmedos en general se recomienda utilizar tipos de ventanas que ofrezcan poca obstrucción al paso del aire, de forma que permitan la entrada de la mayor parte posible del viento que llega a las fachadas.
TIPOS DE VENTANAS Y SUS ACCESORIOS
Las persianas permiten dirigir el flujo de aire horizontalmente, posibilitando la ventilación de la zona habitable, sin embargo, las de tipo marquesina o toldo en todo momento dirigen el aire hacia arriba, lo cual impide su paso directamente sobre los ocupantes. Las de tipo pivote y las embisagradas, además de permitir la dirección del flujo horizontal son más eficientes al permitir el paso de una parte considerable del viento incidente
TIPOS DE VENTANAS Y SUS ACCESORIOS
La utilización de cortinas de tela generalmente reduce la eficiencia de las ventanas al representar un obstáculo al paso del aire. Las cortinas de tablillas regulables pueden ser utilizadas como deflectores y canalizadores del flujo, dirigiéndolo hacia la zona habitable. Esto es más efectivo en zonas cercanas a las ventanas ya que, en general, constituyen un obstáculo a la entrada del aire.
TIPOS DE VENTANAS Y SUS ACCESORIOS
En climas fríos las ventanas deben ser diseñadas de forma tal que sea posible su abertura parcial, en la parte superior, para permitir cambiar el aire del local sin disminuir sustancialmente la temperatura y, al mismo tiempo, evitar que el flujo de aire pase por la zona habitable. Las juntas de las ventanas deben evitar la infiltración del aire frío y consecuentemente las pérdidas de calor del local. Las mallas antimosquitos resultan imprescindibles en muchas partes del mundo, particularmente en los trópicos, sin embargo, ellas pueden causar una considerable reducción del aire que pasa a través de las ventanas, sobre todo si la velocidad del viento exterior es baja. Esta reducción puede llegar al 50-60%. La reducción de la velocidad del aire interior es mayor si el aire exterior incide de forma oblicua que si incide perpendicularmente sobre la malla.
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS EXTERIORES E INTERIORES.
Cualquier saliente o elemento constructivo adosado a la fachada es capaz de modificar la dirección del flujo de aire. En caso de existir aleros, como se aprecia en la figura, se anula la influencia de la corriente descendente. Este problema pudiera resolverse añadiendo una pantalla deflectora interior o separando algo el alero de la superficie de la fachada.
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS EXTERIORES E INTERIORES.
Los accesorios de ventanas, tales como celosías, persianas interiores, aleros, quiebrasoles, pantallas, entre otros, son diseñados generalmente como dispositivos de control solar, de lluvia, para control de la privasidad visual, etc., y casi nunca para la modulación del flujo del aire. Por tanto, frecuentemente, producen efectos nocivos en la eficacia de la ventilación.