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Ventilación Natural: La solución para industrias con gran generación de calor

labyrinth nemak-f4ab181dEn la gran mayoría de ocasiones, la ventilación natural es la solución más eficaz y económica para aquellas naves o edificios industriales que albergan procesos que generan una elevada carga térmica en su interior, pues esto conlleva tener un elevado gradiente de temperatura.

A mayor altura de la nave, mayor eficiencia del sistema de ventilación natural y condiciones más idóneas, pues el efecto chimenea que se crea permite un movimiento de aire de manera más fácil entre los puntos de aportación y extracción de aire.

El sistema de ventilación debe garantizar que nunca se sobrepasarán las temperaturas máximas que admite el proceso de producción según las condiciones definidas por el usuario, con el fin de no perjudicar la eficiencia del mismo, así como que se obtienen condiciones de trabajo confortables y agradables para el trabajador.

Ventilación natural vs. Ventilación mecánica

Independientemente de si se trata de un nuevo edificio industrial con previsión de altas ganancias internas de calor o bien de una remodelación de una nave ya existente, el diseñador debe evaluar los pros y contras de la implantación tanto de un sistema de ventilación natural como de uno de ventilación mecánica, respectivamente.

Asimismo, también se deberá buscar una solución que sea rentable económicamente, y en este sentido los costes de funcionamiento de un sistema de ventilación natural son prácticamente insignificantes:

  • Ausencia de consumo de energía.
  • Mantenimiento mínimo.
  • Sistema autorregulable: a mayor temperatura de aire, mayor es el caudal de aire que se mueve así como mayor es la eficiencia del sistema.
  • Posibilidad de enfriamiento nocturno.
  • Mayor vida útil de la instalación.

Sin embargo, existen algunos condicionantes que impiden o dificultan la implantación del sistema de ventilación natural:

  • Naves con altura insuficiente para lograr un buen efecto chimenea.
  • Inexistencia de cargas térmicas que generen un gradiente de temperatura.
  • Insuficiente espacio en cota baja para ubicación de tomas de aire exterior requeridas: los diferenciales de presión no deben ser muy elevados, pues en caso contrario la ventilación natural no funciona de una manera eficaz.
  • Zonas parcial o completamente ubicadas en el interior de un edificio, de modo que no hay acceso directo al exterior y por lo tanto es imposible dotar al sistema de aberturas para ventilación natural.

CFD: elección de la solución adecuada

Un análisis de simulación computacional (CFD) es una excelente herramienta para identificar la mejor solución en términos de ventilación para un proyecto en particular.

El análisis CFD, el cual debe ser llevado a cabo por un experto en uso de herramientas CFD, permite predecir, mediante un modelo de campo previamente definido, los flujos internos de temperaturas y velocidades, monitorizando con el máximo detalle el comportamiento del sistema de ventilación en todos los puntos críticos, ayudando de esta manera a desarrollar la solución de ventilación más eficaz en cada caso.

CFD ventilacion figura 1

Figura 1: distribución de presiones en plano vertical

La Figura 1 muestra la distribución de presiones que se obtiene en un edificio industrial con zonas a diferentes alturas, todas ellas comunicadas entre sí. La simulación CFD permite mostrar que el plano neutro de presiones (neutral line) se encuentra en la parte superior del edificio. En consecuencia, el sistema de extracción de aire sólo será efectivo si éste se instala por encima del citado plano, mientras que la aportación de aire se deberá extender a bajo nivel en todas las zonas.

CFD ventilacion figura 2

Figura 2: flujo de aire previsto en interior del edificio

Asimismo, el análisis CFD de los flujos de circulación de aire y de las velocidades que se alcanzan dentro de la nave permite identificar la mejor ubicación (ver Figura 2) tanto de tomas de aire exterior, como de aireadores para evacuación de aire caliente en cotas altas del edificio.

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Ventilación en atrios. ¡Naturalmente!

La ventilación en atrios es necesaria para la disipación de calor y para controlar los niveles de dióxido de carbono y de olor corporal, así como para la evacuación y el control de humos. ¿Qué mejor manera que mediante un sistema con el doble propósito de realizar una ventilación diaria del espacio y una evacuación de humos en caso de incendio?

Ventilación Diaria

La cantidad de ventilación requerida se puede calcular a través de las cargas térmicas y de los factores de ocupación.

En términos generales los requisitos para la extracción de humos de incendio son más exigentes, por lo que cuando el objetivo tiene el doble propósito el equipamiento se dimensiona habitualmente para la evacuación de humos.

coltlite ventilacion natural coltEvacuación de Humos

Los sistemas de evacuación de humos pueden incluir diferentes acciones: la extracción de gases de combustión, la disipación de humo y el control de la temperatura.

La estrategia de ventilación en un atrio normalmente forma parte del diseño de la protección contra incendios del edificio, por lo que el ingeniero suele especificar los m2 necesarios  para la evacuación de humos.

Área aerodinámica libre

El valor de m2 que el ingeniero especifica es el área libre aerodinámica (AvCv). El equipamiento debe ser dimensionado en base a los coeficientes aerodinámicos del producto (Cv). Por ejemplo, si se requieren 10 m2 de ventilación y el aireador seleccionado tiene un Cv de 0.5, entonces deben proporcionarse 20 m2 de superficie geométrica para satisfacer esos 10 m2 aerodinámicos. Cualquier elemento adicional instalado en el flujo del aireador (tanto por el interior como por el exterior del edificio) debe tenerse en cuenta mediante la combinación del producto global de sus Cv.

Un sistema de confianza completo

Ya que una cadena es tan fuerte como lo es el eslabón más débil, es importante no pensar simplemente en lograr una alta tasa de superficie aerodinámica (m2). Se necesita que todo el sistema, incluyendo los equipos de extracción de gases, los de aporte de aire, el sistema de control y de accionamiento, cumpla con los estándares que indica la normativa con tal de garantizar un óptimo funcionamiento del sistema.

Elección del equipo

Los aireadores naturales para evacuación de humos se suelen instalar en la cubierta (cerrada o lucernaria) o verticalmente en cotas altas del perímetro del atrio. La entrada de aire puede ser a través de aireadores en las plantas inferiores (cotas bajas del atrio). Algunas consideraciones comunes son:

  1. Todos los aireadores para evacuación deben ser probados y certificados según la norma EN 12101-2.
  2. ¿Cuál es el Cv del aireador?
  3. ¿Cuál es el valor de U del aireador?
  4. ¿Y la permeabilidad al aire del aireador?
  5. ¿Se requiere atenuación acústica en el aireador?
  6. ¿Cuáles son las cargas de viento de diseño?
  7. ¿Y las cargas de nieve de diseño?
  8. ¿Quiere que los aireadores sean de vidrio o de aluminio?
  9. ¿Cómo se controlará el sistema? ¿Eléctrica o neumáticamente?
  10. ¿Quiere un sistema que proporcione ventilación diaria incluso cuando llueva? ¿Cuál es su estanqueidad al agua?
  11. Dado que estos aireadores se utilizarán para la ventilación diaria, podrán estar abriéndose y cerrándose durante todo el día. La mejor opción es utilizar un aireador probado como una unidad completa, ya que hay muchas menos posibilidades de fallo que, por ejemplo, con una ventana y un actuador que han sido sometidos a tests por separado.
  12. Seguridad frente al “trapping”: manos y dedos atrapados (de especial relevancia en los aireadores para la entrada de aire, por su ubicación en cotas accesibles por personas)

Resumen

Satisfacer las prestaciones del sistema frente a las limitaciones de espacio y el precio puede ser un proceso complicado. Por ello recomendamos que se apoye en un especialista en ventilación natural en las etapas tempranas del diseño de un proyecto. Un equipo especialista podrá:

  1. Ayudarle a seleccionar los productos más adecuados para satisfacer todas sus necesidades.
  2. Asistirle en la correcta integración arquitectónica de los productos en el edificio.
  3. Discutir las estrategias de control.
  4. Asegurar que todos los productos cumplen con los estándares requeridos y que pueden trabajar conjuntamente como un sistema.