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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:
- 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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