Cálculo de flujo y calidad del aire al interior de espacios cerrados

CONSULTE EN LINEA A TRAVES DE REPOSITORIO INSTITUCIONAL

Tesis (Ing. Civil) -- Prof. guía: Raúl Galindo Urra

p. 175-179

[Resumen del autor]

Durante las últimas décadas, se han estado desarrollando en el extranjero modelos matemáticos que permiten predecir el flujo de masa de aire que circula en espacios cerrados, con el propósito de medir en forma teórica el transporte de aire y contaminantes. Estos modelos tienen una gran base experimental, ya que utilizan fórmulas obtenidas a partir de diferentes pruebas, entre las más conocidas las de gas trazador, con el "fin de obtener una correlación entre la filtración e infiltración de aire. En el presente proyecto de título, se estudiará el fenómeno que causa el movimiento de aire en espacios cerrados, según diferentes condiciones de borde. También se analizarán las hipótesis y bases de cálculo del transporte de contaminantes, y las variaciones en la concentración debido a la existencia de fuentes, consumo de contaminantes y efectos filtros. A esto se suma, un estudio de la ventilación del espacio en cuestión, reflejada a través de la infiltración y filtración de aire a través de puertas y ventanas en las fachadas. Con este propósito, se buscará y seleccionará una metodología de solución y diseño del problema que permita ser aplicada en casos simples, pero ilustrativos, con el fin de formular conclusiones extrapolables al tema general de diseño. La búsqueda de la modelación teórica a utilizar, se encontrará en diferentes fuentes posicionadas en el extranjero de donde tras un análisis comparativo de ventajas y desventajas entre los diferentes modelos, se seleccionará el modelo de múltiples zonas COMIS. El modelo a escoger, fue desarrollado y validado por un conjunto de organismos internacionales, garantizando de esta forma una diversidad de enfoques que le dieron un carácter más universal. El primer caso presentado, consiste en el análisis de transporte de contaminantes de un edificio de planta típica (departamento de 3 dormitorios y un baño), con una sola puerta interior abierta. Las concentraciones de contaminación exterior por ozono son altas, a lo cual se suma la presencia de ocupantes como fuentes de contaminación de dióxido de carbono. Además, el consumo de ozono en una zona interior hace decaer las concentraciones. Bajo estas condiciones y utilizando el modelo de múltiples zonas, se calcula el flujo de aire, las diferencias de presión, la infiltración, la tasa de cambio de aire y las concentraciones de los contaminantes en las zonas. Las concentraciones obtenidas por cálculo, se contrastan con las concentraciones admisibles por la normativa vigente en Chile y Estados Unidos. Todo esto, con el objetivo de predecir la calidad del aire de la estructura desde el punto de vista de transporte de contaminantes. Se demuestra que la contaminación por dióxido de carbono fue muy inferior a los límites admisibles, pero está sujeta a aumentar con la cantidad de ocupantes. Por otra parte, la infiltración de ozono desde el exterior donde existe una alta concentración, provoca una situación de alerta pese al consumo del contaminante en una de las zonas interiores. Las concentraciones de ozono superan hasta 5.6 veces el límite admisible. Se proponen medidas de acción a corto y mediano plazo para el mejoramiento de la calidad del aire. En la segunda aplicación, se estudia el efecto de la parametrización de datos metereológicos, como variaciones de la temperatura exterior y de la velocidad del viento. Se representa un edificio de tres pisos cuyas temperaturas son mayores

con la altura. Los pisos están unidos por un sistema de escaleras con un gradiente de temperatura. Se observa como las variaciones de temperatura y velocidad del viento afectan la cantidad de aire infiltrado, y las direcciones en las cuales el flujo circula dentro del edificio. Se obtienen los caudales de infiltración y filtración de aire, el flujo y diferencia de presión entre zonas y las tasas de cambio de aire y edad media del aire por zona. Estos dos últimos indicadores son muy utilizados hoy en día para medir cuantitativamente la cantidad de aire fresco entrante. Posteriormente, se evalúa la calidad del aire y se proponen diferentes soluciones a la insuficiente ventilación con las condiciones de borde predominantes. A partir de estos dos ejemplos ilustrativos, se infiere la importancia de poder predecir el transporte de aire y/o contaminantes dentro de un espacio cerrado. La importancia de un estudio más profundo de la calidad del aire al interior de viviendas, radica entre otras, en evaluar la calidad de la construcción en Chile respecto a este tema. De esta forma, en etapas posteriores a la investigación, el país contaría con las herramientas necesarias para legislar respecto al tema, asegurando así un diseño estructuras inteligentes que incorpore una adecuada ventilación y remoción de contaminantes. Por último, se sugieren diferentes sendas de trabajo a seguir para continuar la investigación en este tan importante tema.

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