Relation between ventilated distances and areas in urban configurations of two towers

RELACIONES ENTRE DISTANCIAS Y ÁREAS VENTILADAS EN CONFIGURACIONES URBANAS COMPUESTAS POR DOS TORRES

1

Valentina AMAYA 2 Danny OSORIO3 Laura RENDÓN 1 2 3

Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales, Manizales, Colombia, valen_amaya@hotmail.com Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Medellín, Colombia, doggato@hotmail.com Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Medellín, Colombia, supergirl_887@hotmail.com

Keywords: natural ventilation, wind shadow, distance ventilated, ventilated area

Summary This document and all of the research and tests that were made are results of an academic exercise of the Énfasis I: Proyecto Tecnológico course, from the architecture falculty of Universidad Nacional de Colombia.

In this case the subject that we studied was natural ventilation, the objetive of the exercise was to answer to the question: what is the relationship between the distance of two towers in tree different positions, and the resulting ventilated area of a wind that passes between the towers back into public space? Through tests in the wind tunnel were collected a series of data that allowed us to find a relationship between the spatial arrangement of the towers and the distance of the ventilated area, these items helped us to find conclusions that help to get good design strategies of urban spaces with similar conditions.

Within the contents of the report includes different possibilities of spatial distribution of the two towers and an analysis of the wind shadow within certain time ranges in order to reach the proportions and relationship between the lengths of the ventilated area.

1. Introducción Para un espacio urbano que se encuentra ubicado en un clima tropical como el de la ciudad de Medellín, es fundamental tanto el estudio del asoleamiento como el estudio de las condiciones de ventilación natural.

La evaluación de las condiciones de ventilación en función del tiempo se realizó no para un espacio específico o determinado, sino para un espacio urbano hipotético donde se encontraron condiciones importantes que pueden ser tomadas como constantes para la generación de estrategias proyectuales en espacios urbanos reales con condiciones similares.

Dicho conjunto urbano hipotético estuvo configurado por dos torres de volumetrías ortogonales y simples que preceden un espacio urbano no construido.

Las condiciones formales del espacio fueron concebidas de manera que no limitaran el alcance de los resultados en futuras aplicaciones proyectuales, por esta razón no se tuvo en cuenta ninguna topografía, no se incluyeron masas arbóreas, no se plantearon construcciones vecinas, ni se tuvo en cuenta la influencia de un tejido urbano.

Del análisis de los resultados de todos los ensayos se obtuvo una proporción aplicable no sólo a las disposiciones evaluadas sino a todas las situaciones que se adapten a las condiciones ya mencionadas.

2. Objetivo Encontrar la relación entre la distancia de dos torres ubicadas en tres diferentes posiciones, y el área ventilada resultante de una corriente de aire que pasa entre las torres hacia un espacio público posterior, partiendo de los ensayos realizados en el túnel de viento.

Figura 1. Imágenes proceso del ensayo en el túnel de viento, cada minuto - Posición 1.

3. Metodología Inicialmente en cuanto a la escogencia de condiciones de evaluación que delimitaron los ensayos se tuvieron en cuenta numerosas categorías de las cuales se seleccionaron como variables la distancia entre las torres, la posición de éstas y el tiempo, y permanecieron constantes la velocidad y dirección del viento y las características volumétricas y geométricas de las torres.

El análisis buscó generar una zonificación que determine áreas ventiladas y sombras de viento con el fin de facilitar la ubicación de equipamientos o zonas que requieran condiciones de ventilación específicas como por ejemplo una piscina, una cancha, entre otras.

3.1 Enunciado del ejercicio Se partió del planteamiento de un ejercicio donde se propuso formular una pregunta, sobre la temática de la ventilación natural, a la que se le pudiera dar respuesta a partir de prácticas y ensayos, y que además tuviera aplicabilidad en el campo de la arquitectura urbana.

Después de varias formulaciones la pregunta a la que se dió respuesta es: ¿Cuál es la relación entre la distancia de dos torres, en tres diferentes posiciones, y el área ventilada resultante de una corriente de aire que pasa entre las torres hacia el espacio público posterior?

Se configuró el modelo de experimentación compuesto por un espacio urbano plano no construido de 131.26 m de largo por 113,08 m de ancho y un área de 14843,53 m², suficiente para contener espacios urbanos de tamaño considerable con sus respectivas zonas ventiladas; también se plantean dos torres de 30 m de largo por 10 m de ancho y una altura de 40 m dispuestas en el borde del lado menor. Se evaluaron tres diferentes disposiciones: ambas torres enfrentadas por su lado menor y dispuestas de manera que su lado mayor es perpendicular al lado mayor del espacio urbano (figura 3), una torre girada 45° y la otra 135° respecto a una línea paralela al lado menor del parque apuntando la abertura del ángulo hacía éste (figura 4), y la tercera disposición contó con las mismas características anteriormente descritas, sin embargo, la abertura del ángulo apunta en la dirección contraria (figura 5).

En cada una de estas posiciones se evaluaron tres distancias distintas entre torres: 10, 20 y 40 m; cada disposición se evaluó en un tiempo de 5 minutos en intervalos de 1 minuto.

Las disposiciones del conjunto edificado se codificaron respecto a la posición y a la distancia, así:

Distancia entre las torres

Posición de las torres En ángulo En ángulo abiertas cerradas Enfrentadas hacia el hacia el parque parque 10 m

P1 D1

P2 D1

P3 D1

20 m

P1 D2

P2 D2

P3 D2

40 m

P1 D3

P2 D3

P3 D3

Figura 2. Tabla de codificación de las disposiciones de las torres.

3.2 Metodología del análisis de ventilación Para realizar un análisis completo y eficaz tanto de las áreas ventiladas como no ventiladas se realizaron ensayos sobre un modelo tridimensional del espacio urbano ya mencionado en escala 1:250, en un túnel de viento que posee una turbina de un caballo de fuerza y genera vientos con una velocidad de hasta 7 metros por segundo, velocidad muy alta para los espacios urbanos en general, por esta razón se bloqueó la potencia a la mitad para generar corrientes más acordes con las velocidades del viento en un espacio urbano.

Para el estudio se cernió una fina capa de arena de cuarzo sobre el modelo y se procedió a iniciar el ensayo en el túnel de viento, tomando fotografías desde el mismo ángulo cada minuto hasta completar 5 minutos. A partir de las fotografías se crean diagramas en los cuales se aprecia con diferentes colores desde las zonas más ventiladas a las menos ventiladas y cómo cambian a través del tiempo.

Como resultado de la cuantificación de las áreas y distancias en los diagramas se tabularon los datos para complementar la información gráfica y así facilitar el análisis y la deducción de las conclusiones que dieron respuesta a la pregunta inicial.

Figura 3. Posiciones 1, 2 y 3 en distancia 2.

4. Resultados Para cada una de las nueve disposiciones se presentaron los resultados gráficos y numéricos de las evaluaciones con respecto a las cuales se concluyó y se obtuvo la relación matemática la cual podrá tener aplicaciones en ejercicios proyectuales en escenarios urbanos similares.

Figura 4. Distancias y medidas de los ensayos.

CUADRO DE RESULTADOS P1 D1 - P1 D2 - P1 D3 DISTANCIA ENTRE LAS TORRES metros

D1 [10]

D2 [20]

D3 [40]

TIEMPO minutos 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

PROMEDIO DISTANCIA DE VENTILADA DISTANCIA metros VENTILADA 28,52 33,23 33,57 36,33 36,97 32,91 38,84 39,34 39,64 39,82 48,17 52,42 54,3 60,93 67,34

33,72

38,11

56,63

ÁREA MUY VENTILADA >3m/s

ÁREA POCO VENTILADA <3m/s

m²

%

m²

%

2.673,21 3.243,74 3.478,25 3.767,22 4.014,76 2.769,95 3.332,86 3.613,77 3.794,35 3.999,41 2.852,74 3.303,61 3.580,99 3.869,40 4.287,38

18% 22% 24% 26% 28% 19% 23% 25% 26% 27% 20% 23% 25% 27% 29%

11.870,32 11.299,79 11.065,28 10.776,31 10.528,77 11.773,58 11.210,67 10.929,76 10.749,18 10.544,12 11.690,79 11.239,92 10.962,54 10.674,13 10.256,15

82% 78% 76% 74% 72% 81% 77% 75% 74% 73% 80% 77% 75% 73% 71%

m

Figura 5. Tabla de resultados P1D1 – P1D2 – P1D3

min

Figura 6. Resultado gráfico P1D1 – P1D2 – P1D3

CUADRO DE RESULTADOS P2 D1 - P2 D2 - P2 D3 DISTANCIA ENTRE LAS TORRES metros

D1 [10]

D2 [20]

D3 [40]

TIEMPO minutos 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

PROMEDIO DISTANCIA DE VENTILADA DISTANCIA metros VENTILADA 36,33 37,06 42,48 44,3 44,65 45,25 51,52 52,42 53,37 53,85 45,58 66,48 67,73 70,26 71,74

40,96

51,28

64,36

ÁREA MUY VENTILADA >3m/s

ÁREA POCO VENTILADA <3m/s

m²

%

m²

%

3.263,55 3.722,37 4.128,47 4.461,95 4.723,07 3.613,97 4.081,10 4.443,26 4.725,21 4.884,49 3.387,35 4.072,27 4.687,27 5.095,49 5.536,51

22% 26% 28% 31% 32% 25% 28% 31% 32% 34% 23% 28% 32% 35% 38%

11.279,98 10.821,16 10.415,06 10.081,58 9.820,46 10.929,56 10.462,43 10.100,27 9.818,32 9.659,04 11.156,18 10.471,26 9.856,26 9.448,04 9.007,02

78% 74% 72% 69% 68% 75% 72% 69% 68% 66% 77% 72% 68% 65% 62%

m

min

Figura 7. Tabla de resultados P2D1 – P2D2 – P2D3

Figura 8. Resultado gráfico P2D1 – P2D2 – P2D3

CUADRO DE RESULTADOS P3 D1 - P3 D2 - P3 D3 DISTANCIA ENTRE LAS TORRES metros

D1 [10]

D2 [20]

D3 [40]

TIEMPO minutos 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

PROMEDIO DISTANCIA DE VENTILADA DISTANCIA metros VENTILADA 26,75 27,64 31,93 34,31 35,87 31,74 37,83 40,99 42,31 45,63 54,92 58,62 58,78 59,75 67,25

31,30

39,70

59,86

ÁREA MUY VENTILADA >3m/s m² 3.443,74 3.786,82 4.068,41 4.276,09 4.421,63 3.191,22 3.500,45 3.729,18 3.989,88 4.316,40 4.048,61 4.276,07 4.531,98 4.706,68 4.958,34

% 24% 26% 28% 29% 30% 22% 24% 26% 27% 30% 28% 29% 31% 32% 34%

ÁREA POCO VENTILADA <3m/s m² 11099,79 10756,71 10475,12 10267,44 10121,9 11352,31 11043,08 10814,35 10553,65 10227,13 10494,92 10267,46 10011,55 9836,85 9585,19

% 76% 74% 72% 71% 70% 78% 76% 74% 73% 70% 72% 71% 69% 68% 66%

m

Figura 9. Tabla de resultados P3D1 – P3D2 – P3D3

min

Figura 10. Resultado gráfico P3D1 – P3D2 – P3D3

A continuación tres gráficos comparativos donde se muestran las máximas distancias ventiladas alcanzadas para cada ensayo de las tres diferentes posiciones en una misma distancia.

m

min

Figura 11. Comparación D1-P1 P2 P3

Figura 12. Comparación D2-P1 P2 P3

m

min

Figura 13. Comparación D3-P1 P2 P3

5. Conclusiones Los resultados obtenidos después de la experimentación arrojan la suficiente información para obtener conclusiones que aporten premisas de diseño que faciliten los elementos necesarios para lograr mejores condiciones de habitabilidad de los espacios urbanos.

Dependiendo de su posición, las torres pueden actuar ya sea como barrera, disminuyendo la velocidad del viento y por ende la zona ventilada; o como direccionador de las corrientes de viento lo cual aumenta la presión del viento y amplía la zona ventilada. En el caso de P2 aunque aparentemente es una disposición que conduce los vientos hacia afuera, se presentan las mayores distancias ventiladas, mientras que en P3 que es la posición que conduce todos los vientos hacia el centro, se presentan distancias ventiladas menores. De esto se pudo concluir que el excesivo “efecto embudo” que genera la disposición P3 alcanza a recoger mayor cantidad de viento y al cambiarle la dirección, lo que se genera es una turbulencia la cual no logra aumentar la distancia ventilada.

A mayor distancia entre las torres, mayor es la distancia ventilada en todas las disposiciones.

En los casos P1 y P3, se presenta un comportamiento similar del viento, pues ya que P1 actúa como barrera y P3 actúa como redireccionador hacia el centro creando turbulencias, resultando una relación aproximada de D+20= X siendo D=distancia entre las torres y X=distancia ventilada. En el caso de P2 por ser una configuración que permite el libre flujo del viento y un pequeño redireccionamiento, la relación es mayor: D+30=X. Crear barreras perpendiculares a la dirección del viento y generar obstáculos con grandes superficies, causan vientos turbulentos y en consecuencia menores distancias ventiladas.

El resultado de este trabajo tiene una alta aplicabilidad siempre y cuando se tenga en cuenta que las condiciones del ejercicio son muy generales, por lo cual se deben integrar a cada estudio las características particulares de cada caso.

Por su parte la posición P2 genera mayores distancias ventiladas en todas sus disposiciones gracias a que no actúa como barrera y permite el paso libre del viento dándole un pequeño redireccionamiento que favorece la conducción del viento y no genera turbulencias.

De lo anterior se concluyó que interponer un obstáculo en ángulo con respecto a la corriente de viento no siempre genera mayores distancias ventiladas. Esto depende de la longitud de la superficie que esté obstaculizando o conduciendo el viento pues cuando es mayor como en P3, todo el viento captado no fluye con más velocidad sino que se crean turbulencias. Por el contrario cuando la longitud de la superficie redireccionadora del viento es menor, como en el caso de P2, se logra que el viento cambie su dirección sin crear turbulencia.

Referencias YARKE, E., 2005, Ventilación Natural en Edificios: fundamentos y métodos de cálculo para de ingenieros y arquitectos. Buenos Aires.

aplicación

SALAZAR, J. H., 2009, Urbanismo Sostenible. Proyectos, Entorno y Sostenibilidad. San Andrés Islas.

BITTENCOURT, L.; Candido, C., 2005, Introduçao a Ventilaçao Natural. Maceió.