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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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El control de humos de incendio en Centros Comerciales: 3. Estrategias de diseño y Metodología CFD

Estrategias de diseño

El procedimiento para el diseño de un sistema de control de humos en un centro comercial con dos o más plantas es más complejo que en aquellas superficies con una planta simple (por ejemplo, hipermercados y otras superficies especializadas). La geometría del edificio es significante en el diseño del sistema; los centros comerciales tienden a tener múltiple niveles, distribuciones en planta complejas, líneas de techo a diversas cotas…
Un incendio en la planta baja suele ser el peor escenario para el dimensionado de un sistema de control de humos en un centro comercial. El sistema que se implemente debe evitar que los gases de la combustión afecten a otras áreas y plantas del edificio donde se prevea la evacuación de las personas.
Por ejemplo, para limitar el ancho del penacho de humo en las balconadas de las galerías comerciales y reducir el flujo másico de humo, se suelen instalar pantallas canalizadoras, implementadas mediante cortinas o barreras de humo fijas y/o móviles.foto4
La evacuación de los gases de combustión se podría realizar a través de aireadores naturales instalados en cotas altas de la galería comercial, que podrían aportar también una ventilación así como iluminación natural al espacio interior.
El aporte de aire en el sistema de control de humos es de vital importancia; sin una compensación de caudales (entrada de aire y salida de humos), la efectividad del sistema puede ser un fracaso. Como posibles soluciones para el aporte de aire fresco de reposición en el sistema cabrían destacar: el uso de aireadores de depósitos de humos adyacentes no afectados por el incendio; inyección de aire en cotas bajas, por debajo de la capa de humos de diseño; apertura automática de puertas y ventanas, preferiblemente en cotas bajas y siempre por debajo de la capa de humos.

Sistemas de control de humos basados en prestaciones: metodología CFD

La norma UNE 23585:2004, en su apartado 1.7, permite la utilización de otros modelos de diseño distintos a los expuestos en la misma norma siempre que estén debidamente justificados tanto los métodos como su necesidad y sean aprobados por el órgano que tenga otorgadas las competencias en la materia de prevención de incendios.
Asimismo, la norma UNE 23585 permite el uso de modelos informáticos de simulación de incendios, concretamente dentro de su capítulo 5 Procedimiento de cálculo, apartado 5.5 Modelos de zona basados en ordenador.
La metodología CFD (Computational Fluid Dynamics) es una herramienta de cálculo que aprovecha su alta capacidad de procesado para predecir, mediante un modelo de campo previamente definido, los flujos internos de temperaturas y velocidades, monitorizando con el máximo detalle el comportamiento de los fluidos en todos los puntos del edificio.
Los modelos CFD más habituales analizan y simulan dicho comportamiento teniendo en cuenta el flujo de fluidos, la transferencia de calor y todos sus fenómenos asociados, mediante la resolución numérica de las ecuaciones diferenciales de Navier-Stokes. Estas ecuaciones describen la conservación de la masa, de la energía y del momento de un fluido en movimiento.
La determinación de los datos de partida y la definición de los objetivos a alcanzar son vitales para la correcta realización de la simulación de un incendio. Además se deben introducir las condiciones de contorno, basadas en experimentos previos o en la experiencia del diseñador, que nos puedan conducir a una solución única.foto6

El objeto/estructura a simular se divide en celdas tridimensionales en un proceso que se denomina mallado. La disposición, forma y número de estas celdas influyen considerablemente en la obtención de los resultados.
El programa trabaja resolviendo las ecuaciones en cada uno de los volúmenes de control creados, de tal manera que los datos de salida de cada celda son los de entrada de la contigua (caudal, temperatura, presión), generándose por lo tanto un modelo 3D en tiempo real del sistema descrito. A mayor número de celdas tridimensionales, mayor tiempo de computación y más precisión en el resultado.