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miércoles, 23 de septiembre de 2015

CONFORT TÉRMICO: Comodidad Térmica

Qué es la comodidad térmica?
La ISO 7730 lo define como, "aquella condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico". Su evaluación es muy compleja por lo mismo que depende de muchos parámetros físicos y no solo de la temperatura como se podría pensar.



La comodidad térmica tiene que ver mucho con nuestro estado emocional y rendimiento laboral, la bulla, la intensidad de luminosidad, el frío o calor extremo, la contaminación, y otras cosas más, son las causales de nuestro accionar respecto a nuestro ambiente térmico donde nos encontremos.

Cómo se regula la temperatura del cuerpo?
El cuerpo tiene un regulador por excelencia que mantiene la temperatura interior en aproximadamente 37°C, tal es así que, cuando la temperatura del cuerpo sube por encima de los 37°C, por diversos factores corporales y sanguíneos, el cuerpo empieza a sudar, y este sudor es un mecanismo de enfriamiento porque la energía requerida para su evaporación es tomada de la piel.

Ahora, cuando la temperatura del cuerpo baja de 37°C, la sensación de frió hace temblar las piernas la cual produce el incremento de calor corporal interno. Ambos procesos de regular la temperatura corporal están localizados en la piel y en el hipotálamo.


Cómo evalúa el hombre el ambiente térmico?
Si no existe incomodidad, es decir, se siente cómodo. La primera condición de comodidad es la neutralidad térmica donde el hombre no siente ni frío, ni calor. Este fenómeno se produce en el cerebro cuando este interpreta las sensaciones de frío o calor como la suma de impulsos positivos y negativos que se anulan entre si. 


Condiciones básicas para la comodidad térmica?
Se deben de cumplir dos condiciones:
1. La combinación de la temperatura actual de la piel y la temperatura corporal proporcionen una sensación térmica neutra.
2. El equilibrio del balance de energía del cuerpo. El calor producido por el metabolismo tiene que ser igual a la cantidad de calor disipada por el cuerpo.

La ecuación de comodidad?
Describe la relación entre parámetros físicos medibles y la sensación térmica neutra experimentada por una persona "típica". Dicha ecuación fue desarrollada por P.O. Fanger y su cálculo manual es muy riguroso, para ello, hay que apoyarse en un ordenador o tablas y gráficas. 

La ecuación revela que las temperaturas de las superficies que rodean a la persona tienen una estricta influencia en la sensación térmica.

Para los casos prácticos, hay que conocer los parámetros de entrada que requiere la ecuación de comodidad como son:
1. Dos valores, el nivel metabólico (MET), y el arropamiento de la persona (CLO).
2. De dos a cuatro parámetros medidos, que describan el ambiente térmico en el lugar de estancia (temperatura ambiente, temperatura radiante media, velocidad del aire, y humedad).

Estimación del nivel metabólico (MET)
El metabolismo es el motor del cuerpo, y la cantidad de energía producida por el metabolismo depende de la actividad muscular desarrollada. El metabolismo se suele medir en Met, el cual corresponde al nivel de actividad de una persona sedentaria (en reposo) cuyo equivalente de perdida de calor es de 58W/m2 de superficie corporal.

                                                              1Met.=58W/m2

Se considera que la superficie corporal de piel de un adulto es de 1.7m2 aproximadamente, esto quiere decir que una persona en reposo pierde alrededor de (58W/m2)x(1.7m2)=98.6W.

Mientras dormimos nuestro metabolismo esta al mínimo (0.8Met), y se va incrementando a medida que el cuerpo empiece a moverse, lógicamente que cuando se hace deporte se incrementa al máximo y puede superar los 10Met.=10x(58W/m2)x(1.7m2)=986W.
Ejemplo de actividades de acuerdo a niveles metabólicos:
  • Trabajo normal en oficina=1.2Met=1.2x(58W/m2)x(1.7m2)=118.32W
  • Trabajo domestico 2.9Met.=2.9x(58W/m2)x(1.7m2)=285.94W


Estimación del nivel de arropamiento (Clo)
La ropa impide que el cuerpo pierda calor, por tanto, cada ropa se clasifica según su valor de aislamiento. La unidad que se usa para medir el aislamiento de la ropa es el Clo.

1Clo=0.155m2°C/W

La escala Clo se ha diseñado para que una persona desnuda tenga un valor de 0.0 Clo. Entonces, el valor de Clo puede calcularse conociendo las vestimentas de la persona y los valores de Clo de cada una de ellas, para ello, simplemente hay que sumar cada valor obtenido.


Qué parámetros se deben medir?
Aquellos que afectan la perdida de energía porque, cuando se mide las condiciones de un ambiente térmico, el hombre no percibe la temperatura del local mas si, las perdidas de calor corporal. Entonces, los parámetros a medir:

Caracterizar el interior de un ambiente térmico con el mínimo de parámetros evitando el calculo tedioso de la temperatura radiante media, ha llevado a introducir 3 parámetros integrados, La temperatura operativa (To), Temperatura equivalente (Teq), y la temperatura equivalente (ET*).

Dichos parámetros permiten describir el ambiente térmico con menos datos.

Qué es la temperatura radiante media y como se mide?
Se define como la temperatura uniforme de un ambiente negro imaginario que produzca en ella, la pérdida de calor por radiación en las personas, como en el ambiente real. 



Para el cálculo de la temperatura radiante media en un punto se puede utilizar la temperatura de globo, la temperatura de aire, y la velocidad de aire.

Cómo crear comodidad térmica
Veamos un ejemplo, si se tiene una sala con muchas personas donde cada persona cuenta con diferentes tipos de ropas y efectuando diversas labores, sera difícil crear un ambiente que garantice la comodidad térmica de todos sus ocupantes. Ante ello, se puede solucionar en parte cambiando determinados factores del local que estén afectando la comodidad térmica, ejemplo, incrementando la ventilación para contrarrestar la sensación de calor, o instalando paneles radiantes para contrarrestar el frío.

Afortunadamente,  los seres humanos se adaptan a las condiciones en que se encuentran regulando su propia comodidad térmica adaptando su ropa a las condiciones del ambiente y el tipo de actividad, como por ejemplo, poniéndose una chaqueta o subiéndose las mangas de una camisa.


Escalas Voto Medio Previsto (PMV) y Porcentaje de Personas Insatisfechas (PPD)
Si la comodidad térmica en un lugar de trabajo no es perfecta, que lejos estamos de ella?, o entre que limites debemos mantener la temperatura y humedad para obtener un grado de comodidad termica razonable?
Las respuestas a estas cuestiones  las da los indices de PMV y PPD. 
El PMV predice el valor medio de sensación subjetiva de un grupo de personas en un ambiente determinado. Se valora según un rango de sensación térmica de 7 puntos:


El PPD hace referencia a cuanta gente esta insatisfecha en una ambiente térmico determinado. En el índice  PPD las personas que votan -3, -2, +2, +3, en la escala PMV se consideran térmicamente insatisfechas.
Al relacionar el PMV y PPD, nunca se consigue menos de un 5% de personas insatisfechas tal como lo muestra el gráfico siguiente.

La incomodidad térmica local
Es la sensación puntual de alguna parte del cuerpo expuesto a condiciones de incomodidad térmica aunque todo el cuerpo este con una sensación de neutralidad. No basta con cambiar la temperatura del local, es necesario eliminar la causa que la genera.

Diferencia vertical de temperatura del aire
En alguna ocasión habrás sentido calor en la cabeza y frío en los pies lo cual genera sensaciones desagradables. Cuál tendría que ser la temperatura aceptable entre la cabeza y los pies?. Para ello se realizaron experimentos cuyos resultados mostrados en el diagrama muestran que una diferencia de 3°C entre la cabeza y los pies, provocaron un 5% de insatisfechos. La norma ISO 7730 ha tomado 3°C como limite aceptable para una persona sentada con una actividad sedentaria.

La diferencia vertical de temperatura del aire se expresa como la diferencia entre la temperatura del aire al nivel del tobillo y al del cuello.

Temperatura del suelo
El contacto de los pies con el suelo, provoca malestar según el suelo este demasiado caliento o frío. Hablar de incomodidad térmica ocasionada por la temperatura del piso es incorrecto, ya que el malestar es causado por la pérdida de calor de los pies. Dicha perdida depende de la temperatura del piso, parámetros como la conductividad y la capacidad térmica del material, así como, del tipo de calzado. De esta manera, un piso de corcho se sentirá mas cálido al tacto, que uno de marmol.

Para mayor información consultar:


domingo, 13 de septiembre de 2015

Fuentes de Energía Renovables y No Renovables

En la actualidad, se menciona mucho el uso de las fuentes de energía renovables y no renovables y que a futuro, las renovables serán las únicas fuentes de energía  que abastecerán la demanda energética mundial del planeta, por ello, habría que saber que son dichas fuentes, su origen, sus características, e incluso, la reservas previstas para una cierta cantidad aproximada de años a partir de estos tiempos. Es así que:
  • Las fuentes no renovables de energía o fuentes convencionales, son aquellas cuyo origen proviene de los combustibles fósiles, el carbón, petroleo, y gas natural, ademas de la energía nuclear. Con características de provenir de fuentes finitas (no pueden ser producidas, generadas, ni crecidas), y se consumen mas rápido de lo que la naturaleza los crea. En la actualidad el 80% del total de energía utilizada en el mundo proviene de los combustibles fósiles. Las reservas de acuerdo al ritmo actual de consumo (años) [1], esta prevista en:.
  • Fuentes de energía renovables, son de origen natural que se renuevan por si mismas en un periodo corto de tiempo. Así se tiene al sol, viento, agua, residuos vegetales orgánicos (biomasa),  y calor de la tierra (geotermia). Son considerados como fuentes de energía renovables :

A nivel mundial según reporte de la REN21 en su publicación Reporte de la Situación Mundial  de las Energías Renovables 2015, Hallazgo Clave 2015, reporta la estimación de energía renovable para el consumo final de energía, así como, la producción mundial de electricidad [3]:
  





TECNOLOGÍAS de las FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA

1. La Bioenergía, es obtenida por medio de diferentes fuentes de biomasa, entre los mas usuales están los restos agrícolas, agro industrias, forestales, cultivos energéticos residuos sólidos urbanos, y demás fuentes orgánicas desechadas; donde a partir de ellos se puede obtener electricidad y calor mediante diversos procesos así como, combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Entre las tecnologías de mayor uso se tiene las calderas para gasificación a pequeña, mediana y gran escala, sistemas de calefacción centraliza o de distrito, plantas de pellets, y la producción de etanol. Lo ultimo en tecnología aun no comercial es sobre la producción de combustible para el transporte a través de la lignocelulosa y las centrales de ciclos combinados de gasificación integrada partir de biomasa. En investigación se pretende producir biocombustibles líquidos a partir de algas y otros métodos de conversión biológica [2].




2. Las tecnologías de la energía solar directa como  la fotovoltaica para producir electricidad mediante los paneles fotovoltaicos o concentradores solares, y las fototérmicas para producción de calor para calefacción y refrigeración por medios activos o pasivos, son los dos tipos de tecnologías que aprovechan la energía del sol que llega a la tierra. La energía solar es variable y, en cierta medida, impredecible, aunque en determinadas circunstancias el perfil temporal de la producción de la energía solar esta bastante correlacionado con la demanda de energía. El almacenamiento de energía térmica ofrece la posibilidad de mejorar el control de la producción en algunas tecnologías, como la energía por concentración solar o la calefacción solar directa [2].

Actualmente la energía solar cubre más del 1% de la demanda mundial de electricidad. 1% puede parecer poco pero en infraestructura de producción es inmensa (ver plantas de energía solar mas grandes del mundo). La capacidad acumulada mundialmente a finales del 2014 era de 177GW. Asimismo, el precio por vatio de las celdas solares decayó considerablemente tal es así que a la fecha en muchos países en desarrollo con el fin de cubrir su demanda de electricidad al 100%, en especial en zonas rurales, se están desarrollando muchos proyectos de electrificación rural con sistemas fotovoltaicos , Perú es uno de ellos.





3. La energía geotérmica es la energía que se obtiene del interior de la tierra y es utilizada  desde hace relativamente poco tiempo manifestándose como fuentes termales, fumarolas, erupción de volcanes y geíseres.  El calor extraído puede ser utilizado para generar electricidad, o aplicadas directamente como energía térmica en baños termales para el sector turismo, calefacción y/o refrigeración de residencias. La desventaja de esta tecnología es el costo de la infraestructura para su operación ya que se requieren herramientas para perforar grandes superficies. 

Filipinas alberga tres de las 10 mayores centrales geotérmicas en el mundo , seguido por los EEUU e Indonesia con dos, Italia, México e Islandia con una. En resumen:




4. La energía hidroeléctrica   utiliza la caída del agua a una determinada altura para producir principalmente electricidad por medio de presas con embalse y corrientes mediante la transformación de la energía potencial en energía cinética. Su tecnología abarca todo tipo de escala y se encuentra en fase avanzada. 

En febrero de este año se publicó las 10 centrales hidroeléctricas más grandes del mundo cuyas construcciones faraónicas son el reflejo de su capacidad de generación de energía eléctrica. Entre las 10 acumulan una potencia de 90GW. En resumen:




5. La energía oceánica se obtiene a partir de la energía potencial, cinética, térmica o química del agua de mar, que puede ser transformada para suministrar electricidad, energía térmica o agua potable. Es posible utilizar tecnologías muy diversas: muros de contención de la amplitud de la marea, turbinas submarinas para las corrientes de marea y oceánicas, intercambiadores de calor para la conversión de energía térmica oceánica, y una gran diversidad de dispositivos que permitan controlar la energía del oleaje y los gradientes de salinidad [2]. 

Los recursos oceánicos provienen de seis fuentes distintas, todas ellas de origen distinto, y aptas para tecnologías de conversión diferentes. Entre ellas cabe mencionar las siguientes [2]:

En las figuras siguientes se ofrecen varios ejemplos de la distribución mundial de los recursos de energía oceánica. 


6. La energía eólica explota la energía cinética del aire en movimiento. La aplicación de mayor interés para la mitigación del cambio climático consiste en producir electricidad a partir de grandes turbinas eólicas instaladas en tierra firme (en tierra) o en el mar o agua dulce (aguas adentro). La energía eólica es, en cierta medida, variable e impredecible, pero la experiencia y ciertos estudios detallados en numerosas regiones indican que la integración de la energía eólica no suele tropezar con obstáculos técnicos insuperables [2].



Para terminar, dentro de todo este marco de porcentajes de generación de energías, capacidades mundiales de las diversas energías renovables, costos de producción, y países líderes en el uso de las tecnologías renovables,  queda aún una brecha que a mediano plazo tiene que superarse en cuanto a tiempos de implementación y masificación de nuevas infraestructuras, producción de tecnologías a costos de competición en el mercado con otras fuentes de energía (principalmente las convencionales), y concientización de las políticas energéticas gubernamentales para ubicar a las energías renovables como fuentes principales de generación que permita suplir la demanda mundial de energía. Al mismo tiempo, ello permitirá contribuir a la mitigación del cambio climático y calentamiento global de la tierra. 


Fuentes: