Effect on cell membrane integrity

Introducción

Una evaluación completa sobre un problema específico que se quiera resolver empleando Ventilación Natural, requiere del abordaje simultáneo y complementario de tres diferentes técnicas: 1) La realización de pruebas (generalmente empleando humo) sobre

modelos a escala

2) La verificación y estimación de ciertos parámetros con modelos de cálculo de mayor o menor complejidad.

3) La realización de mediciones sobre los espacios bajo estudio en escala y tiempo real

Ninguno de estos métodos es completo y exhaustivo por si solo y aún las mas modernas técnicas de análisis numérico (como son los programas que aplican la metodología del CFD sobre modelos de redes) aseguran resultados totalmente confiables. De allí la conveniencia del abordaje simultáneo.

Los estudios sobre los modelos a escala tienen la ventaja sobre las otras técnicas que permiten visualizar con gran claridad los patrones de flujo (debido a las configuraciones geométricas del espacio, la ubicación y tipología de las aberturas y el tamaño de las mismas) que se producen en el movimiento del aire interior.

También posibilitan estimar correlaciones de velocidades entre la velocidad del viento actuante y la velocidad del desplazamiento del aire interior en diferentes puntos del interior del espacio.

En la figura 6.1 se muestran patrones de flujo obtenidos sobre el modelo a escala del Laboratorio de Ingeniería Bioambiental de la Universidad Nacional de Luján los que varían según desde donde incida el viento y la posición relativa de las aberturas abiertas o cerradas.

Figura 6.1. Patrón de flujo característico para el caso del humo incidiendo sobre:

a) las aberturas y puerta entreabierta a 45º b) las aberturas y puerta cerrada

Además de los patrones de flujo, es necesario conocer o estimar los caudales de aire que atraviesan el espacio interior y los valores reales en las velocidades del aire y su distribución para que puedan dimensionarse las aberturas, elegir su mejor ubicación, calcular las pérdidas de energía y su efecto en el confort térmico y en la calidad del aire interior.

Esta información solo puede ser obtenida en tiempo real sobre los propios espacios bajo estudio, pero ello es posible en muy contadas oportunidades, lo que lleva necesariamente a complementar los análisis sobre modelos a escala con cálculos numéricos empíricos o simulaciones.

De acuerdo al tipo de información requerida, varios modelos y herramientas pueden ser usados. Los modelos van desde algoritmos empíricos simples para calcular el caudal de aire, las velocidades del aire interior y las superficies de aberturas requeridas, hasta los modelos computacionales.

Los modelos computacionales mas sofisticados resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes y generalmente el nivel de complejidad que puede encarar cada modelo viene indicado en función de la cantidad de espacios vinculados entre sí que puede resolver y/o en la densidad de la trama de red dentro de la cual se calculan las variaciones de todas las variables intervinientes nodo por nodo.

Los modelos empíricos están basados en fórmulas simplificadas generalmente obtenidas de manera experimental bajo ciertas condiciones que hacen que su uso sea restringido dentro de ciertos límites de validez. Sin embargo estas herramientas son muy útiles porque ofrecen una primera estimación rápida de caudales de aire o velocidades, ideales para la fase de diseño del sistema. En esta sección se describirán exhaustivamente los modelos empíricos para ventilación natural más reconocidos y validados.

Los modelos de CFD son las herramientas de cálculo más avanzadas, y como se dijo anteriormente, se basan en la solución de las complejas ecuaciones de Navier-Stokes, es decir resuelve las ecuaciones de conservación de masa, energía y momento. Da como resultados campos de distribución de velocidad del aire y temperatura interior así como también campos de distribución de la presión exterior sobre el edificio. Una simulación CFD se realiza como un experimento, en forma análoga a un experimento real llevado a cabo en un laboratorio real, pero en un "laboratorio CFD" vía un modelo matemático y algoritmos que describan los procesos (Ver Figura 6.2).

Si bien el CFD es una herramienta potente, versátil y se ha demostrado su utilidad en estudios paramétricos sobre distintas experiencias en edificios acondicionados naturalmente, los modelos de CFD requieren de expertos para su utilización y análisis, ya que su complejidad es elevada, necesitan de computadoras potentes para correr la simulaciones e insumen mucho tiempo de proceso inclusive horas. Además los modelos CFD cuentan con la doble desventaja de que la precisión de los resultados dependen fuertemente de la precisión con que se hayan determinado las variables físicas utilizadas como condiciones de borde para la resolución de las ecuaciones y que la validez de los resultados de la simulación se torna dificultosa. Como es de sospechar, las herramientas de CFD no son precisamente económicas, por lo que su uso se restringe a experimentaciones y todavía se encuentran muy alejadas del alcance del ingeniero medio

De aquí deriva la ventaja de utilizar métodos simples de cálculos para la fase preliminar de diseño de un sistema, donde todavía es posible cambiar su forma o su orientación o algún otro elemento.

Es interesante destacar que dada la naturaleza aleatoria de los parámetros de entrada para los modelos de ventilación natural, como la velocidad del viento y su orientación, de poco sirve utilizar modelos muy complicados y detallistas, sino lo que realmente sirve para un ingeniero que quiera implementar en el diseño de un sistema técnicas de ventilación natural, es contar con herramientas de cálculo simples que den resultados cualitativamente correctos.

Las herramientas de tipo empírico no siempre son métodos de cálculos numéricos, sino que también se han desarrollado tablas de datos tabuladas y guías prácticas para asistir en el diseño de edificios ventilados naturalmente.

De acuerdo a los parámetros que estime, podemos reconocer tres categorías de métodos empíricos:

- Cálculos empíricos para la predicción de caudales de aire;

- Cálculos empíricos para la predicción de la velocidad del aire dentro del edificio; - Cálculos empíricos para el dimensionamiento de aberturas.

Los métodos han sido deducidos tanto de la teoría como de datos experimentales específicos y no pueden ser considerados de validez general; por lo que, como se mencionó anteriormente deberán ser usados dentro de sus límites de validez.