06 febrero 2012

Guía para calcular la infiltración en proyectos de calefacción y aire acondicionado (2ª PARTE)




Presión del viento

Cuando el aire afecta a un edificio, crea una distribución de presión estática en la superficie exterior del edificio que depende de la dirección del viento, velocidad del aire, orientación de superficie, y condiciones de los alrededores. Las presiones del viento son generalmente positivas con respecto a la presión estática en el chorro de aire no distribuido del lado hacia el viento de un edificio y negativo en el lado de sotavento. Sin embargo, las presiones en estos lados pueden ser negativas o positivas, dependiendo del ángulo del viento y la forma del edificio.  Las presiones estáticas sobre las superficies del edificio son casi proporcionales a la presión de velocidad del chorro de aire no distribuido. La presión del aire o presión de velocidad viene dada por la ecuación de Bernoulli, sin asumir cambio de altura o pérdida de presión:

Donde:
  •    pw = Presión de superficie del viento relativa a la presión estática de exterior en flujo no distribuido, P 
  •      ρ = Densidad de aire exterior, kg/m3 (alrededor de 1,2 en o cerca del nivel del mar).
  • U = Velocidad del viento, m/s
  • Cp = Coeficiente de presión de superficie del viento, adimensional

Cp es una función de localización en la envolvente del edificio y dirección del viento.

La mayoría de los datos de coeficientes de presión son para vientos normales en las superficies del edificio. Desgraciadamente, para un edificio real, esta dirección de viento fijo raramente ocurre, y cuando el viento no es normal a la pared pared contra el viento, estos coeficientes no se aplican.

Para cada pared del edificio, Cp viene dado por:


Donde:
  •  Cp (1) = Coeficiente de presión cuando el viento está a 0º
  •  Cp (2) = Coeficiente de presión cuando el viento está a 180 º
  • Cp (3) = Coeficiente de presión cuando el viento está a 90 º
  • Cp (4) = Coeficiente de presión cuando el viento está a 270 º
  • Φ = Ángulo del viento medido según las agujas del reloj desde la normal a la pared 1.

Debido a que el término del coseno en la ecuación anterior puede ser negativo, su signo debe ser incluido. Cuando cos (ϕ) es negativo, sustraer el valor absoluto de cos(ϕ) a la potencia ¾.
Valores típicos para los coeficientes de presión son Cp (1) = 0,6, Cp(2) = - 0,3, Cp (3) = Cp(4) = -0,65. Debido a los efectos de geometría en el caudal alrededor de un edificio, la aplicación de esta función de interpolación se limita a los edificios rectangulares de baja elevación con la pared más larga menos de tres veces la longitud de la pared más corta. Para los edificios menos rectangulares, las correlaciones simples son inadecuadas y ser requieren coeficientes de presión específicos del edificio.

Sistemas mecánicos

La operación de equipos mecánicos, tales como sistemas de suministro y salida de aire, y dispositivos de combustión venteados, afectan las diferencias de presión a través de la carcasa de un edificio. La presión estática interior se ajusta de tal forma que la suma de todos los flujos de aire a través de las aperturas del edificio más el balance del flujo de aire inducido por el equipo es cero.  Para predecir estos cambios en las diferencias de presión y en el caudal causado por el equipo mecánico, la localización de cada apertura en la envolvente y relaciones entre diferencias de presión y tasas de caudal deben ser conocidos.

El aire agotado de un edificio que sale por un sistema de extracción del edificio debe estar equilibrado,  aumentando el caudal de aire en el edificio a través de otra apertura. En algunas ocasiones, el caudal de aire en algunas localizaciones cambia entre la entrada y salida de aire. Para los ventiladores de alimentación, la situación se invierte y lo que era la entrada empieza a ser la salida. En consecuencia, deben considerarse los efectos de la despresurización causados por un sistema de salida inapropiadamente diseñado puede incrementar la tasa de entrada de radón en un edificio e interferir con la operación apropiada de un dispositivo de venteo u otros sistemas de extracción. La despresurización también puede forzar la humedad del aire exterior a través de la envolvente del edificio; por ejemplo, durante la estación fría en climas calientes, húmedos puede condensarse dentro de la envolvente del edificio y causar podredumbre. Un fenómeno similar, pero inverso, puede ocurrir durante la estación cálida en climas fríos si el edificio se presuriza.

Los sistemas mecánicos pueden crear fuerzas de infiltración en diversos edificios. Por ejemplo, cuando las puertas internas se cierran, se crean grandes diferenciales de presión interior/exterior. Estos diferenciales de presión creados son de magnitudes promedio de 3 a 6 Pa. Los sistemas con caudal de aire equilibrado, con retorno de aire en conductos y rejillas de distribución, o rejillas de transferencia, reducen este problema significativamente.

Combinación de fuerzas de impulsión

Las diferencias de presión causadas por el viento, efecto stack, y sistemas mecánicos se consideran combinados añadiéndoles juntos y determinando los caudales de aire a través de cada envolvente del edificio. El caudal de aire debe determinarse de esta manera, en oposición a las tasas de caudal de aire debido a las fuerzas de impulsión separadas, debido a que el caudal a través de cada apertura no está linealmente relacionado con la diferencia de presión.

Para las temperaturas del aire interior uniforme, la diferencia de presión total a través de cada pérdida puede escribirse en términos del parámetro de viento PU y el parámetro de efecto stack PT común a todas las pérdidas.



Donde T es la temperatura del aire en K.

La diferencia de presión a través de cada pérdida, con presiones positivas para el caudal del edificio, vienen dadas por:



Donde ∆pI es la presión que actúa para equilibrar la entrada y salida de aire, incluyendo caudales de los sistemas mecánicos.

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