Ventilación eficiente

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El aire limpio, rico en oxígeno para respirar, es la necesidad ambiental más urgente para la vida humana.

El movimiento continuo de aire es igualmente una necesidad primaria para la comodidad térmica, para evacuar por convección el calor excesivo del cuerpo y para evaporar la transpiración.

En un entorno exterior rural , aunque de hecho el aire contenga polucionantes naturales como son los olores, las bacterias, los pólenes, los gérmenes, los mohos y el polvo, todos, excepto las personas más alérgicas, encontramos en que hay unas condiciones óptimas para respirar.

El movimiento del aire exterior varía mucho. En un día de verano en que no haya o haya muy poco viento, se experimentará una sensación bochornosa y sofocante. Una ligera brisa tendrá un efecto agradable, tonificante, refrescante.

Al aumentar la velocidad del aire, las pérdidas por calor convectivo y evaporativo por la piel se pueden volver excesivas, particularmente en temperaturas del aire exterior más bajas.

A velocidades del viento muy altas, el enfriamiento del cuerpo es extremo, la respiración se puede volver difícil, los objetos sólidos pueden ser transportados por el viento y dañar a árboles, edificios o personas.

Ciudades

En las ciudades, la polución proveniente de la actividad humana llena el aire de:

• monóxido de carbono
• dióxido de carbono
• óxidos de nitrógeno
• dióxidos de azufre
• súlfidos de oxígeno
• hollín
• cenizas
• polvo

La mayor parte de estas sustancias son provocadas por la combustión de los vehículos y los sistemas de calefacción, sin olvidar la emisión por parte de los procesos industriales.

La contaminación del aire puede causar efectos tanto a corto como a largo plazo en la salud. Muchas personas con patologías previas pueden verse perjudicadas por la calidad del aire como pueden ser personas con afecciones cardíacas o pulmonares u otros problemas respiratorios, cuya salud puede verse afectada por la contaminación del aire.

Edificios

En los espacios cerrados de los edificios, el aire pierde parte de su oxígeno y gana dióxido de carbono por la respiración repetida de los pulmones humanos. Se acumulan las bacterias y los virus.

Puedes consultar, aire interior y salud

Los olores se amontonan, provenientes del sudor, del humo, de las funciones de los lavabos, de la ropa, los muebles, los aparatos electrónicos y otras emisiones.

Por lo tanto, los edificios necesitan sistemas de ventilación para asegurar una velocidad óptima del movimiento del aire en el interior y parar diluir y reemplazar el aire contaminado con un aire nuevo de temperatura, humedad y limpieza aceptables

El contenido en vapor del aire aumenta con la respiración, el sudor, los baños, la cocina, la limpieza, el secado y por los quemadores de gas no ventilados. El polvo y las partículas de suciedad flotan en suspensión en el aire.

La temperatura del aire interior puede subir por encima de los niveles de la comodidad por la aportación en calor solar, el alumbramiento eléctrico, el calor corporal o el calor emitido por la cocina, el lavabo o los aparatos eléctricos durante su funcionamiento. El movimiento del aire está restringido a las paredes, los suelos y el techo y se puede volver incómodamente lento.

Al mismo tiempo, el aire de los edificios contiene muchas veces olores que encontramos agradables, como el aroma del pan cuando se cuece, el perfume de una flores o el incienso de una catedral, y una ventilación demasiado rápida podría estropear la experiencia.

Pero en edificios particularmente propensos a la humedad o al excesivo calentamiento natural, o en habitaciones que albergan funciones causantes de calor y olores se necesitan altas velocidades de reemplazamiento de aire. Sería el caso de:

• cocinas de los restaurantes
• los vestuarios de los gimnasios
• los bares
• los laboratorios químicos
• los graneros de almacenamiento
• los teatros
• las naves industriales

Velocidades más lentas son usualmente suficientes para la mayoría de las residencias, las oficinas con poca ocupación, los almacenes y las industrias medianas.

Sin embargo, a parte de la proporción volumétrica de la ventilación, la velocidad interior del aire se tiene que mantener a niveles compatibles con la comodidad termal, y no tiene que ser tan alta como para hacer volar las partículas en la habitación.

Consumo oxígeno aparatos

Los aparatos combustibles, como las calderas, los hornos y las chimeneas, requieren oxígeno para la combustión. A menudo este oxígeno se saca de la habitación donde está colocado artefacto. Si no tiene tubo ni chimenea, los productos de la combustión reemplazarán el oxígeno consumido del aire de la habitación.

Un horno de gas funciona de este modo, consumiendo oxígeno y soltando dióxido carbono y vapor de agua en el aire de la cocina. Los aparatos consumidores de mayores cantidades de combustible, especialmente combustibles como el gas natural, muchos de los cuales producen gases tóxicos como resultado de la combustión, tienen que estar provistos de una chimenea.

La chimenea, tubo de ventilación vertical, conductor de convección, cuya fuerza es el calor de los productos, hace escapar estos productos al aire libre. Así pues, la habitación que proporciona el oxígeno al fuego se deja a una presión de aire reducida con respecto al exterior, diferencia que obliga al aire libre a pasar por cualquier grieta o abertura aprovechable y penetrar en la habitación.

El resultado es una corriente continua y a menudo sorprendentemente  grande de aire exterior en la habitación. En tiempo cálido, esta corriente continua y a menudo sorprendentemente grande de aire exterior en la habitación. En tiempo cálido, esta corriente puede ser bienvenida, pero en tiempo frío es generalmente suficiente para contrarrestar una parte considerable del efecto de calentamiento del aparato consumidor de combustible en la habitación. Si se taponan las entradas de aire en la habitación, el fuego se volverá lento y humeante, y la chimenea no podrá trabajar apropiadamente, lo cual llevará a un agotamiento del oxígeno y una acumulación de humo en la habitación misma, situación a la vez incómoda y peligrosa.

La solución es instalar un conducto o una reja que permita, al aire libre suficiente para la combustión, venir directamente del exterior al fuego sin pasar por la habitación.

Ventilación natural

Cualquier sistema de ventilación en un edificio, del más sencillo al más complejo, incluye cuatro componentes básicos:

1. Una fuente de aire de temperatura, humedad y limpieza aceptables.
2. Una fuerza para mover el aire dentro del espacio habitado del edificio.
3. Un medio del control del volumen, la velocidad y la dirección de la corriente de aire.
4. Un medio de reciclaje o de exclusión del aire contaminado.

El sistema más sencillo, casi inadvertido, de ventilación en los edificios es el que utiliza el aire exterior como fuente, el viento como fuerza motriz, y las grietas y las rendijas como orificios que dejan escapar el aire interior viciado de vuelta al exterior.

En edificios bien construidos herméticamente, esta infiltración es lenta, pero en edificios con ventanas y puertas desajustadas se puede volver excesiva en unas condiciones exteriores con viento, provocando corrientes en las habitaciones y gastando energía en época de frío a causa del escape de aire calentado hacia afuera.

En general la infiltración se puede reducir con la colocación de burletes en las puertas y ventanas y taponando las grietas en la construcción. Incluso cuando se empleen estas medidas es inevitable algún escape de aire, pero éste constituye un sistema útil de regeneración del aire a un nivel mínimo para un edificio sencillo.

La mayoría de los esquemas de ventilación mínima de los edificios utilizan ventanas para controlar el volumen, la velocidad y la dirección de la corriente de aire. Por esta razón, muchos tipos de ventanas son diseñadas para poder ser ajustadas a cualquier grado de apertura deseado.

En muchas zonas hay que incorporar mosquiteras en las ventanas a fin de alejar chinches, pájaros y pequeños animales sin que aquellos dejen de admitir el aire y la luz.

Varios tipos de funcionamiento de ventanas tienen sus ventajas particulares:

• Doble hoja: se abre totalmente y sus hojas oscilantes pueden funcionar para variar el paso de las corrientes de aire.
• Ventana de guillotina: sólo se puede abrir sobre la mitad de su área total, pero esta mitad puede ser arriba, a la mitad, o sobre un parte de cada una.
• Ventana basculante: dejará pasar aire sin que entre la lluvia, función que los otros tipos de ventana sólo pueden cumplir si están protegidas por un ancho sobradillo o un toldo separado.

Tipos de ventilación natural

Se puede emplear una de las dos o ambas fuerzas motrices para la ventilación natural, una es el viento y la otra la convección. La corriente de aire en un edificio se produce por el desplazamiento de aire desde un área de alta presión hasta una de presión más baja.

En una ventilación que funcione con el viento, el aire corre desde un área de alta presión por un lado del edificio hasta un área de presión más baja por el otroEn la ventilación convectiva, las diferencias de presión están creadas por la diferencia de densidad entre el aire caliente y el más frío. En una ventilación que funcione con el viento, el aire corre desde un área de alta presión por un lado del edificio hasta un área de presión más baja el otro.

Para la ventilación eólica es más eficaz tener ventanas en  al menos en dos paredes opuestas, esto es lo que se denomina ventilación cruzada.

Donde hay sólo una pared lindante con el exterior, una ventana de doble hoja, o una ventana con una hoja vertical adyacente sobresaliente, puede ayudar a crear una presión diferencial que provocará una corriente de aire interior. El edificio tendría que estar situado y configurado de modo que intercepte lo mejor posible los vientos que dominan en las estaciones en las cuales se necesita la ventilación.

Para la ventilación convectiva, la intensidad de la ventilación es proporcional a la raíz cuadrada de la distancia vertical entre las aberturas y de la diferencia de temperatura entre el aire entrante y saliente. Las aberturas han de ser relativamente anchas, ya que las fuerzas convectivas no suelen ser tan fuertes como las eólicas, y habrá que eliminar los estorbos a la corriente de aire, tales como los mosquiteros, cuando sea posible.

A menudo es deseable hacer un diseño para el viento y la convección al mismo tiempo, colocando algunas aberturas abajo, del lado del viento, y algunas arriba, del lado sotavento, para permitir el trabajo conjunto de ambas fuerzas.

Usualmente se emplean aberturas para la ventilación natural, ventiladores de techo y claraboyas son especialmente útiles. Algunos tipos de ventiladores de techo están diseñados para que el viento los haga girar, lo cual activa una corriente de aire centrífuga que viene de más abajo de la habitación. Otros cuentan con la corriente convectiva o con la creación de un área de baja presión de una corriente dinámica de viento que se llenará con aire del interior. Junto con cualquiera de estos aparatos, sin embargo, se necesitan controladores para reducir o cerrar las aberturas según se requiera. No hay que contar con una puerta para la ventilación esencial del edificio, a no ser que esté provista de un mecanismo fiable que la mantenga abierta al ángulo deseado. Una fuerte corriente es incapaz de controlar la cantidad de aire que fluye por ella.

Ventilación mecánica

El empleo de ventiladores fijos para la ventilación de las habitaciones es usual en los casos en que se requiere una corriente de aire segura y positiva. En las cocinas y los baños de las residencias, unos simples ventiladores depositan el aire interior, directamente o a través de un corto trayecto por un conducto, hasta el exterior.

Este aire tiene que ser reemplazado por otro que penetre desde el exterior en varias partes de la casa. Cuando se está calentando o refrigerando, esto significa una considerable pérdida de energía, y así estos ventiladores tendrían que ser utilizados lo menos posible.

En sistemas de ventilación más elaborados, unos ventiladores están conectados a sistemas de conductos para permitir una mejor distribución del aire en todo el edificio. Un sistema de conductos empuja afuera el aire viciado, mientras que otro distribuye aire limpio.

Estos sistemas se suelen acoplar a los de calefacción y de refrigeración de tal modo que el aire limpio esté distribuido a la temperatura apropiada para la comodidad térmica.

Excepto en edificios donde existen altos riesgos de contaminación química, bacterial o radioactiva, estos sistemas filtran y vuelven a distribuir la mayor parte del aire interior que cogieron, agregando una fracción predeterminada de aire exterior en una base continua y llevando afuera una fracción similar.

Conceptos básicos de ventilación mecánica

Los dos parámetros imprescindibles para poder seleccionar ventiladores tanto industriales como no industriales son el caudal y la presión.

El caudal es el volumen de fluido por unidad de tiempo generado por el ventilador. Es decir un volumen de un fluido que se mueve por una unidad de tiempo

Q = A x V x 3600

Q = Caudal (m³/h)

A = Área (m²)

V = m/s ( El factor de 3600 es para que el caudal sea en m³/h)

El ventilador moverá un aire a una presión, esta presión tiene dos componentes una parte estática y la parte dinámica

La presión estática es aquella energía aportada por el ventilador para superar la resistencia al paso del fluido en el circuito, en otras palabras es la energía que necesita el aire para superar obstáculos, como un codo o una reducción. Hay que suministrar una fuerza al aire a través del ventilador para que se aporte más energía al aire para superar ese accidente. Esto es la presión estática.

La presión dinámica es la energía del fluido debido a la velocidad imprimida por el rodete a la salida del ventilador. Esto significa que la misma velocidad del aire implica una presión en este caso se le llama dinámica porque está en movimiento.

Un ventilador tiene un motor otro eléctrico con una potencia nominal determinada. Esta es la potencia que suministra este motor sin ningún tipo de pérdida. Se puede medir en kilovatios (Kw) o caballos (CV). Sería la máxima que puede proporcionar el ventilador.

La potencia útil proporcionada por el motor de un ventilador es la que necesita para mover un caudal a una presión determinada.

La eficiencia mecánica del rodete la proporciona el fabricante del ventilador y es la eficiencia que tendría ese ventilador teniendo en cuenta el caudal, la presión total, dividido entre la potencia al eje o la potencia útil.
Hay que tener en cuenta que si existe una transmisión con poleas o correas en una instalación, que a su vez tienen pérdidas, habrá que sumar estas perdidas para obtener la eficiencia global del sistema.

Recuperación de energía

La recuperación de energía del aire sacado afuera se puede lograr por medio de una rueda regenerativa, aparato rotativo hecho de malla de metal que utiliza su gran capacidad termal para trasladar el calor absorbido de un conducto a otro, o por medio de un intercambiador de calor con un área de superficie muy grande.

Filtración del aire

La filtración del aire se lleva usualmente a cabo mediante artefactos de ventilación del edificio con un cojinete de fibra delgada y porosa a través del cual sopla el aire, dejando atrapadas en las fibras las partículas de suciedad.

Se puede conseguir una filtración de la suciedad mucho mejor haciendo pasar el aire entre unas placas de metal cargadas eléctricamente que dan como resultado la precipitación de la mayor parte de las partículas.

Se pueden eliminar muchas bacterias con luz ultravioleta para irradiar el aire. Estas lámparas no necesitan estar en el sistema de conductos, pero son a menudo colocadas en habitaciones, particularmente cocinas de instituciones, habitaciones de enfermos y viviendas sobrecargadas de gente, donde constituyen un freno eficaz a las enfermedades transportadas por el aire. A causa de la propensión de los ojos y la piel a los daños causados por la luz ultravioleta, las lámparas de esta luz tendrían que estar montadas en lo alto de la habitación y resguardados de la vista e instalados por empresas y técnicos cualificados.