1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
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Title:	Estudios del Flujo de Aire en el Edificio del CIICAp y Viabilidad de Incorporación de Torre(s) de Viento
Authors:	Flores Salas, Luis Alberto%738301
Issue Date:	2018-05-31
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Description:	Históricamente, en regiones de clima cálido de países del Medio Oriente, y recientemente en algunas regiones de Europa y Estados Unidos, la utilización del elemento pasivo de climatización denominado Torre de Viento ha crecido considerablemente, especialmente en sus versiones modernas. La torre de viento capta los vientos predominantes de la localidad e incrementa la ventilación natural y confort térmico en el interior de edificaciones. Su uso conlleva grandes ahorros de energía y menor impacto ambiental al sustituir el equipo electromecánico de aire acondicionado. En este trabajo de tesis se estudia la capacidad de ventilación de las torres de viento en edificaciones de configuraciones complejas, considerando el edificio principal del Centro de Investigaciones en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIICAp) de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM). El edificio es de forma rectangular y consta de 3 plantas principales. En la planta baja se encuentra un auditorio y en las otras dos plantas cubículos y pasillos a cada lado de la sección longitudinal del edificio. En la parte central de la segunda planta se tiene un área de estudiantes. La parte central de la tercera planta es hueca (a nivel del piso) y en el techo se encuentra un domo de acrílico que permite la iluminación de la segunda y tercera plantas, pero que además provoca calor a los estudiantes trabajando en la segunda planta, durante los meses de primavera. El objetivo de la presente tesis es diseñar un sistema edificio-torre(s) que propicie mayor ventilación natural en el área de estudiantes; para mejorar las condiciones de confort térmico. La tesis se divide básicamente en cuatro partes principales amén de la Introducción y Marco Teórico. Las dos primeras partes comprenden conocer la situación actual de ventilación natural y confort térmico de la tercera planta del edificio, mediante CFD y monitoreo de temperatura del aire en el interior y en el domo de acrílico. La tercera parte consiste en diseñar mediante CFD la incorporación de torre(s) de viento en el techo de la planta alta del edificio que mejore(n) la ventilación natural en el área de estudiantes de la segunda planta. Por último, en la cuarta parte se analiza el efecto que la presencia de mobiliario y personas tienen sobre los patrones de flujo de aire previamente establecidos en la tercera parte. Los estudios con CFD se realizaron mediante el código ANSYS-FLUENT considerando flujo de aire turbulento tridimensional en estado permanente e incompresible; y transferencia de calor conjugada (conducción-convección). Las condiciones de frontera de entrada del viento para los estudios dinámicos se establecieron en base a los datos ambientales registrados por la estación meteorológica ubicada en el edificio del CIICAp. Las condiciones de frontera térmicas en el domo de acrílico se establecieron mediante datos medidos de temperatura, y en las paredes de acuerdo a la norma oficial NOM-020-ENER-2011 (Eficiencia energética en edificaciones, envolvente de edificios residenciales). Para el monitoreo de temperatura se utilizaron sensores tipo LM35 los cuales se conectaron a una tarjeta adquisidora de datos NI USB-6211 aplicando el programa LABVIEW para adquirir y visualizar la evolución de temperatura. Los resultados obtenidos del estudio dinámico y dinámico-térmico en las dos primeras partes del trabajo de tesis, realizados para establecer la condición actual de confort en la zona de estudio para condiciones de primavera, mostraron velocidades promedio por debajo de los 0.2 m/s y temperaturas del orden de 31°C, denotando condiciones de no confort térmico, de acuerdo al Diagrama Bioclimático de Olgyay. Los resultados más relevantes de esta etapa fueron los siguientes: 1) Campos de temperatura en el interior considerando la transferencia de calor conjugada (conducción-convección) a través de la envolvente de la edificación, 2) La validación de los resultados numéricos de temperatura al compararlos con los datos del monitoreo realizado, encontrando una desviación promedio máxima de 8.8%, y 3) Los promedios de velocidad y temperatura del aire, en diferentes secciones de dos planos intermedios de la zona de estudio, que mostraron que las condiciones no son adecuadas para proporcionar confort a los ocupantes. Una solución para mejorar la sensación de confort en esta zona es incrementar la velocidad del aire en el intervalo de 0.5 a 2 m/s (de acuerdo al Diagrama de Olgyay) y mejorar la distribución del flujo de aire, por lo que se procedió a la siguiente etapa del trabajo de tesis consistente en diseñar un sistema edificio-torre(s) que satisfaga estas condiciones de velocidad. El modelo de Torre de Viento utilizado fue propuesto por Reyes et al. (2013) incorporando además el chaflán sugerido por Morales (2014). Primeramente, se propuso la integración de una sola torre de viento ubicada al centro de la zona de estudio, considerando dos escenarios para condiciones de primavera: velocidad del viento mínima (1.27 m/s) y velocidad máxima(3.72 m/s), a la entrada de la torre de viento. Los resultados obtenidos mostraron que se incrementaron la intensidad y la tasa de flujo volumétrico; sin embargo, el flujo de aire no presentaba una buena distribución. Los cambios de aire por hora (ACH) fueron de 5.37 y 15.70, para las velocidades mínima y máxima, respectivamente. De acuerdo a la norma ASHRAE 62.1-2013 se establece que estos cambios de aire son satisfactorios, ya que el mínimo requerido es de 4 ACH. Sin embargo, para mejorar la distribución del flujo de aire, se decidió realizar otro estudio incorporando una segunda torre, para las mismas condiciones de frontera del primer caso. Los resultados mostraron que se mejoró sustancialmente la distribución del flujo de aire en la zona de estudio y se mantuvieron las mismas intensidades; duplicándose las tasas de flujo volumétrico y los ACH respecto al primer diseño. Se seleccionó por consiguiente el segundo diseño como la mejor opción. Por último, se realizó el estudio dinámico considerando el diseño seleccionado, incorporando ocupantes y mesas de trabajo. Se encontró que la conjugación de diferentes corrientes de aire permite que se impacte a los habitantes de manera favorable en la parte superior del cuerpo, para crear mayor sensación de confort a través de la ventilación. Se modificaron sustancialmente los patrones de flujo respecto al estudio sin obstáculos, disminuyendo además la intensidad del flujo de aire; sin embargo, las magnitudes de velocidad encontradas resultaron aún satisfactorias para propiciar sensación de confort.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
Appears in Collections:	Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

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