Un atrapavientos , torre de viento o pala de viento ( persa : بادگیر ) es un elemento arquitectónico tradicional , originario de Irán (Persia), utilizado para crear ventilación cruzada y refrigeración pasiva en edificios. [1] Los atrapavientos vienen en varios diseños, dependiendo de si los vientos predominantes locales son unidireccionales, bidireccionales o multidireccionales, de cómo cambian con la altitud, del ciclo diario de temperatura, de la humedad y de la cantidad de polvo que se debe eliminar. [2] A pesar del nombre, los atrapavientos también pueden funcionar sin viento.
Desatendidos por los arquitectos modernos en la segunda mitad del siglo XX, a principios del siglo XXI se los volvió a utilizar para aumentar la ventilación y reducir la demanda de energía para el aire acondicionado . [3] Generalmente, el costo de construcción de un edificio ventilado con captadores de viento es menor que el de un edificio similar con sistemas convencionales de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Los costes de mantenimiento también son menores. A diferencia del aire acondicionado y los ventiladores eléctricos, los captadores de viento son silenciosos [4] y continúan funcionando cuando falla la red eléctrica (una preocupación particular en lugares donde la red eléctrica no es confiable y costosa, como la India). [5] [11]
Los captadores de viento dependen del clima local y de las condiciones microclimáticas , y no todas las técnicas funcionarán en todas partes; Los factores locales deben tenerse en cuenta en el diseño. [5] Los atrapavientos de diversos diseños se utilizan ampliamente en el norte de África, Asia occidental y la India. [12] [2] Una idea simple y generalizada: hay evidencia de que los atrapavientos se han utilizado durante muchos milenios, y no hay evidencia clara de que no se usaron en la prehistoria . [3] [2] [12] No obstante, el "lugar de invención" de los atrapavientos es intensamente discutido; Egipto, Irán y los Emiratos Árabes Unidos lo reclaman. [12] [13]
Los captadores de viento varían dramáticamente en forma, incluida la altura, el área de la sección transversal y las subdivisiones y filtros internos. [2]
Windcatcher ha ganado algo de terreno en la arquitectura occidental y existen varios productos comerciales que utilizan el nombre windcatcher . Algunos captadores de viento modernos utilizan piezas móviles controladas por sensores o incluso ventiladores que funcionan con energía solar para crear sistemas de ventilación y refrigeración semipasivos . [2]
Los windscoops se utilizan desde hace mucho tiempo en los barcos, por ejemplo en forma de caja dorada . Los captadores de viento también se han utilizado experimentalmente para enfriar áreas al aire libre en las ciudades, con resultados mixtos; [2] Los métodos tradicionales incluyen espacios estrechos y amurallados, parques y calles sinuosas, que actúan como depósitos de aire frío, y arreglos tipo takhtabush (consulte las secciones sobre descarga nocturna y convección, más adelante). [14] : Cap. 6
_-_TIMEA.jpg/1280px-Malkafs_(1878)_-_TIMEA.jpg)
La construcción de un cortavientos depende de la dirección predominante del viento en ese lugar específico: si el viento tiende a soplar de un solo lado, puede tener una sola abertura y no tener particiones internas. [2] En áreas con direcciones de viento más variables, también pueden haber paredes internas radiales, que dividen la torre de viento en secciones verticales. Estos tramos son como chimeneas paralelas , pero con aberturas laterales, apuntando en múltiples direcciones. [2] Más secciones reducen el caudal, pero aumentan la eficiencia en ángulos de viento subóptimos. Si el viento golpea la abertura de lleno, entrará, pero si la golpea en un ángulo suficientemente oblicuo, tenderá a deslizarse alrededor de la torre. [2]
Los captadores de viento en áreas con vientos más fuertes tendrán secciones transversales totales más pequeñas, [15] y áreas con vientos muy calientes pueden tener muchos conductos más pequeños para enfriar el aire entrante. [14] : Cap. 5 Las torres de viento con secciones transversales horizontales cuadradas son más eficientes que las redondas, ya que los ángulos agudos hacen que el flujo sea menos laminar , favoreciendo la separación del flujo ; [2] una forma adecuada aumenta la succión. [14] : Cap. 5
Los atrapavientos más altos atrapan vientos más fuertes. Los vientos más fuertes soplan más fuertes y más fríos [16] (y en una dirección diferente [17] ). El aire a mayor altura también suele tener menos polvo. [dieciséis]
Si el viento es polvoriento o contaminado, o hay enfermedades transmitidas por insectos como la malaria y el dengue , entonces puede ser necesario filtrar el aire . [2] Se puede arrojar algo de polvo al fondo del captador de viento a medida que el aire disminuye (consulte el diagrama a continuación), y se puede filtrar una mayor cantidad mediante plantaciones adecuadas o mallas contra insectos. [16] Los filtros físicos generalmente reducen el flujo, a menos que el flujo sea muy racheado. [2] También es posible cerrar total o parcialmente el cortavientos. [15]
Los malqaf , cortos y anchos, de prisma de triángulo rectángulo suelen ser bidireccionales, están dispuestos en pares simétricos y, a menudo, se utilizan con un salsabil (unidad de enfriamiento por evaporación) [2] y un shuksheika ( ventilación de linterna de techo ). [16] Los malqaf anchos se utilizan con mayor frecuencia en climas más húmedos, donde el flujo de aire de gran volumen es más importante en comparación con el enfriamiento por evaporación. En climas más cálidos, son más estrechos y el aire se enfría al entrar. [14] : Cap. 5 Se utilizan más comúnmente en África. [2] Baudgir , por otro lado, son torres de varios lados (normalmente de 4 lados) y suelen ser torres altas (de hasta 34 metros de altura) que pueden cerrarse en invierno. Son más comunes en la región del Golfo Pérsico [2] y en zonas con tormentas de polvo . [15] Los atrapavientos más altos también tienen un efecto de apilamiento más fuerte . [14] : Cap. 5
El lavado nocturno enfría la casa al aumentar la ventilación durante la noche, cuando el aire exterior es más fresco; Las torres de viento pueden ayudar con la descarga nocturna. [dieciséis]
Un captador de viento también puede enfriar el aire acercándolo a objetos fríos. En los climas áridos , los cambios de temperatura diarios suelen ser extremos, y las temperaturas del desierto suelen descender por debajo del punto de congelación durante la noche. La inercia térmica del suelo equilibra las oscilaciones de temperatura diarias e incluso anuales. Incluso la inercia térmica de los gruesos muros de mampostería mantendrá un edificio más cálido durante la noche y más fresco durante el día. De este modo, los captadores de viento pueden enfriarse aspirando aire sobre materiales enfriados durante la noche o el invierno, que actúan como depósitos de calor .
Los captadores de viento que enfrían aspirando aire sobre el agua utilizan el agua como depósito de calor, pero si el aire está seco, también lo enfrían mediante enfriamiento por evaporación . [2] El calor del aire evapora parte del agua y no se liberará hasta que el agua se vuelva a condensar. Esta es una forma muy eficaz de enfriar el aire seco. [2]
Simplemente mover el aire también tiene un efecto refrescante. Los humanos se enfrían mediante enfriamiento por evaporación cuando sudan . Una corriente de aire altera la capa límite de aire calentado por el cuerpo y saturado de agua que se adhiere a la piel, por lo que un ser humano se sentirá más fresco en el aire en movimiento que en el aire estancado a la misma temperatura. [14] : Cap. 5
El captador de viento puede funcionar de dos maneras: dirigiendo el flujo de aire utilizando la presión del viento que sopla hacia el captador de viento, o dirigiendo el flujo de aire utilizando fuerzas de flotabilidad de los gradientes de temperatura ( efecto pila ). [2] [4] Se ha debatido la importancia relativa de estas dos fuerzas. La importancia de la presión del viento obviamente aumenta al aumentar la velocidad del viento y, en general, es más importante que la flotabilidad en la mayoría de las condiciones en las que el captador de viento funciona eficazmente. [2]
La velocidad del flujo de aire también es importante, especialmente para el enfriamiento por evaporación (ya que solo funciona con aire seco y humidifica el aire). Es posible que un edificio ventilado por torres de viento tenga caudales muy altos; En un experimento se midieron 30 cambios de aire por hora. [5] Es importante un flujo uniforme y estable sin esquinas estancadas. Por tanto, se deben evitar los flujos turbulentos; El flujo laminar es más eficaz para mantener la comodidad humana [4] (para un ejemplo extremo, consulte la válvula Tesla ).
A menudo se utilizan otros elementos en combinación con los captadores de viento para enfriar y ventilar: patios , cúpulas , paredes y fuentes, por ejemplo, como partes integrales de una estrategia general de ventilación y gestión del calor.
Si el lado abierto de un captador de viento mira hacia el viento predominante, puede "atraparlo" y llevarlo al corazón del edificio. La succión desde el lado de sotavento de una torre de viento también es una fuerza impulsora importante, generalmente algo más constante y menos racheada que la presión en el lado de barlovento (ver efecto Venturi y principio de Bernoulli ). [14] : Cap. 5
Al hacer pasar el viento a través del edificio, se enfría a las personas que se encuentran en el interior del edificio. El aire fluye a través de la casa y sale por el otro lado, creando una corriente de aire; la velocidad del flujo de aire en sí puede proporcionar un efecto refrescante. [ cita necesaria ] Los atrapavientos se han empleado de esta manera durante miles de años. [14]
La torre de viento esencialmente crea un gradiente de presión para atraer aire a través del edificio [18] . Se han construido torres de viento rematadas con perfiles aerodinámicos horizontales para mejorar estos gradientes de presión. [2] La forma del techo tradicional shuksheika también crea succión cuando el viento sopla sobre él. [14] : Cap. 5
La flotabilidad no suele ser el efecto principal que impulsa la circulación del aire atrapador de viento [2] durante el día.
En un entorno sin viento, un atrapavientos aún puede funcionar utilizando el efecto de pila . [16] El aire caliente, que es menos denso, tiende a viajar hacia arriba y escapar por la parte superior de la casa a través de la torre de viento. [2]
El calentamiento de la propia torre de viento puede calentar el aire del interior (convirtiéndola en una chimenea solar ), de modo que suba y extraiga el aire de la parte superior de la casa, creando una corriente de aire. Este efecto se puede mejorar con una fuente de calor en la parte inferior de la torre de viento ( como los humanos, ~80 vatios cada uno [ cita necesaria ] ), pero esto calienta la casa y la hace menos cómoda. [2] Una técnica más práctica es enfriar el aire a medida que fluye hacia abajo y hacia adentro, utilizando depósitos de calor y/o enfriamiento por evaporación. [5]
Un takhtabush es un espacio similar al antiguo tablinum romano, que se abre a un patio muy sombreado y a un jardín trasero (el lado del jardín está sombreado por una celosía mashrabiya ). Está diseñado para capturar un borrador cruzado. La brisa es impulsada al menos en parte por convección (ya que una sección generalmente será más cálida que la otra), y también puede ser impulsada por la presión del viento y el enfriamiento por evaporación, [14] : Cap. 6 [16] [5] por lo que el jardín y el patio se utilizan como atrapavientos.
Las fuerzas de flotación se utilizan para provocar el enrojecimiento nocturno.
El ciclo de temperatura diurno significa que el aire nocturno es más frío que el aire diurno; en climas áridos, mucho más frío. Esto crea fuerzas de flotación apreciables. Los edificios pueden diseñarse para aumentar espontáneamente la ventilación durante la noche.
Los patios de climas cálidos se llenan de aire frío por la noche. Este aire frío fluye desde el patio hacia las habitaciones contiguas. [16] El aire frío de la noche entrará fácilmente, ya que es más denso que el aire cálido que se eleva y que está desplazando. [14] : Cap. 6 [16] Pero durante el día, las paredes del patio y el toldo le dan sombra, mientras que el aire exterior se calienta con el sol. [16] La mampostería fría también enfriará el aire cercano. [19] El aire del patio se estratificará de manera estable y el aire caliente flotará sobre el aire frío con poca mezcla. [14] : Cap. 6 El hecho de que las aberturas estén en la parte superior atrapará el aire frío de abajo, aunque no puede hacer que la temperatura caiga por debajo de la temperatura mínima nocturna. Este mecanismo también funciona en torres de viento. [15]
Un captador de viento también puede enfriar el aire poniéndolo en contacto con masas térmicas frías . A menudo se encuentran bajo tierra.
Por debajo de aproximadamente 6 m de profundidad, el suelo y el agua subterránea siempre se encuentran aproximadamente a la temperatura media anual (MATT) [20] [21] [22] (es esta profundidad la que se utiliza para muchas bombas de calor geotérmicas , a menudo denominadas vagamente "bombas de calor geotérmicas" por los profanos [23] ). La inercia térmica del suelo equilibra las oscilaciones de temperatura diarias e incluso anuales. En los climas áridos , los cambios de temperatura diarios suelen ser extremos, y las temperaturas del desierto suelen descender por debajo del punto de congelación durante la noche. Incluso la inercia térmica de los gruesos muros de mampostería mantendrá un edificio más cálido durante la noche y más fresco durante el día; en climas cálidos y áridos, son comunes los muros gruesos con alta masa térmica ( adobe , piedra, ladrillo ) (aunque a veces se utilizan más modernamente muros más delgados con alta resistencia a la transmisión de calor ). [16] Los atrapavientos pueden así enfriarse aspirando aire sobre materiales enfriados durante la noche o el invierno, que actúan como depósitos de calor .
Los cortavientos también se utilizan a menudo para ventilar espacios interiores de niveles inferiores (por ejemplo, shabestans ), que mantienen temperaturas gélidas a mitad del día incluso sin cortavientos. Las casas de hielo se utilizan tradicionalmente para almacenar agua congelada durante la noche en zonas desérticas o durante el invierno en zonas templadas. Pueden usar atrapavientos para hacer circular aire hacia una cámara subterránea o semisubterránea, enfriando el hielo por evaporación para que se derrita lentamente y permanezca bastante seco (ver imagen de arriba ). Por la noche, los captadores de viento pueden incluso traer aire nocturno bajo cero, ayudando a congelar el hielo.
En climas secos, el efecto de enfriamiento por evaporación se puede utilizar colocando agua en la entrada de aire, de modo que la corriente atraiga aire sobre el agua y luego hacia la casa. Por eso, a veces se dice que la fuente, en la arquitectura de los climas cálidos y áridos, es como la chimenea en la arquitectura de los climas fríos. [dieciséis]
Los captadores de viento se utilizan para el enfriamiento por evaporación en combinación con un qanat o canal subterráneo (que también utiliza el depósito de calor subterráneo descrito anteriormente). En este método, el lado abierto de la torre mira en dirección opuesta a la dirección del viento predominante (la orientación de la torre se puede ajustar mediante puertos direccionales en la parte superior). Cuando solo se deja abierto el lado de sotavento , el aire se aspira hacia arriba mediante el efecto Coandă . Esto introduce aire hacia una entrada al otro lado del edificio. El aire caliente que desciende al túnel qanat se enfría al entrar en contacto con agua fría y/o tierra fría (el suelo debajo del nivel del suelo se mantiene fresco debido a que se encuentra a varios metros por debajo de la superficie). la tierra mantiene la misma temperatura estable día y noche, y como las noches en un clima árido son bastante frías, a menudo bajo cero, esa temperatura estable es bastante fría) y el agua fría que corre a través del qanat. El aire también se enfría por evaporación cuando parte del agua del qanat se evapora cuando el aire caliente y seco de la superficie pasa sobre él; la energía térmica del aire se absorbe como energía de vaporización . De este modo, el aire seco también se humedece antes de entrar en el edificio. El aire enfriado es aspirado a través de la casa y finalmente sale por el cortavientos, nuevamente por el efecto Coandă. En general, el aire frío fluye a través del edificio, disminuyendo la temperatura general de la estructura.
Un salasabil es un tipo de fuente con una fina lámina de agua que fluye, diseñada para maximizar la superficie y, por tanto, el enfriamiento por evaporación. [16] [14] : Cap. 7 Los captadores de viento se usan a menudo con salasabils y se pueden usar para maximizar el flujo de aire no saturado sobre la superficie del agua y transportar el aire enfriado a donde se necesita en el edificio. [4]
También se pueden colgar esteras mojadas dentro del cortavientos para enfriar el aire entrante. [16] Esto puede reducir el flujo, especialmente con vientos débiles. Sin embargo, también puede producir una corriente descendente de aire frío en condiciones sin viento. [2] El enfriamiento por evaporación dentro de una torre eólica hace que el aire en la torre se hunda, impulsando la circulación. Esto se llama enfriamiento evaporativo pasivo de tiro descendente (PDEC). También se puede generar mediante boquillas rociadoras (que tienden a bloquearse si el agua es dura) o serpentines de enfriamiento de agua fría (como la calefacción por suelo radiante hidrónico a la inversa). [5]
Los captadores de viento se pueden utilizar para mitigar el cambio climático , ya que pueden "reducir el consumo de energía y la huella de carbono de los edificios " [24] y para la adaptación al cambio climático porque facilitan el enfriamiento en un clima más cálido. [25] Los atrapavientos pueden reducir la temperatura dentro de la casa de 8 a 12 °C (14 a 22 °F) en comparación con la temperatura exterior. [26]
Un cortavientos en ventana puede reducir el uso total de energía de un edificio en un 23,3%. [27]
En Egipto los atrapavientos se conocen como malqaf , pl. malaaqef . [28] [29] [30] Generalmente tienen forma de prismas triangulares rectos con el lado vertical abierto y mirando directamente hacia arriba o hacia abajo (uno de cada por edificio). Funcionan mejor si se orientan dentro de los 10 grados de la dirección del viento; Los ángulos más grandes permiten que el viento escape. [3] Los atrapavientos se utilizaban en la arquitectura tradicional del antiguo Egipto , [31] y sólo empezaron a dejar de utilizarse a mediados del siglo XX d.C. Actualmente se está reexaminando su uso, ya que el aire acondicionado representa el 60% de la demanda máxima de energía eléctrica de Egipto (y, por tanto, la necesidad del 60% de su capacidad de generación ). [3]
Los atrapavientos en Egipto se utilizan a menudo junto con otros elementos de refrigeración pasivos. [dieciséis]
![Vivienda en el Antiguo Egipto con atrapavientos. De una pintura de la casa faraónica de Neb-Ammun, Egipto, que data de la XIX Dinastía, c. 1300 a. C. (Museo Británico).[32][3]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2b/Byggnadskonsten,_Fornegyptiska_boningshus,_Nordisk_familjebok.png/1280px-Byggnadskonsten,_Fornegyptiska_boningshus,_Nordisk_familjebok.png)
.jpg/1280px-Hyderabad1800s_(cropped_to_windcatchers).jpg)
Los atrapavientos son una característica común en muchos países del Medio Oriente influenciados por la difusión de la cultura bajo el dominio islámico.
En Irán, un cazador de viento se llama bâdgir , bâd "viento" + gir "atrapavientos" ( persa : بادگیر ). Los dispositivos se utilizaron en la arquitectura aqueménida . [15] Se utilizan en las zonas cálidas y secas de la meseta central iraní y en las regiones costeras cálidas y húmedas. [15]
El centro de Irán muestra una gran variación de temperatura diurna con un clima árido . La mayoría de los edificios están construidos con cerámica gruesa con altos valores de aislamiento . Las ciudades centradas en oasis desérticos tienden a estar muy juntas, con paredes y techos altos, lo que maximiza la sombra al nivel del suelo. El calor de la luz solar directa se minimiza con pequeñas ventanas que miran en dirección opuesta al sol. [15]
La eficacia del atrapavientos había llevado a su uso rutinario como dispositivo de refrigeración en Irán. Muchos depósitos de agua tradicionales ( ab anbars ), que son capaces de almacenar agua a temperaturas cercanas al punto de congelación durante los meses de verano, se construyen con atrapavientos. [15] El efecto de enfriamiento por evaporación es más fuerte en los climas más secos, como en la meseta iraní, lo que lleva al uso ubicuo de atrapavientos en áreas más secas como Yazd , Kerman , Kashan , Sirjan , Nain y Bam .
Los atrapavientos tienden a tener una, cuatro u ocho aberturas. En la ciudad de Yazd, todos los captadores de viento tienen cuatro u ocho lados. La construcción de un atrapavientos depende de la dirección del flujo de aire en ese lugar específico: si el viento tiende a soplar de un solo lado, se construye con una sola abertura a favor del viento . Este es el estilo más común en Meybod , a 50 kilómetros de Yazd: los cortavientos son cortos y tienen una única abertura.
Los atrapavientos en Irán pueden ser bastante elaborados debido a su uso como símbolos de estatus. [15]
Un pequeño cazador de viento se llama shish-khan en la arquitectura tradicional persa. Todavía se pueden ver shish-khans en lo alto de ab anbars en Qazvin y otras ciudades del norte de Irán. Estos parecen funcionar más como ventiladores que como reguladores de temperatura que se ven en los desiertos centrales de Irán.
Council House 2 en Melbourne , Australia, tiene "torres de ducha" de 3 pisos de altura, hechas de tela que se mantiene húmeda mediante un cabezal de ducha que gotea en la parte superior de cada una. El enfriamiento por evaporación enfría el aire, que luego desciende al edificio. [19]
El Zénith de Saint-Étienne Métropole es una sala polivalente construida en Auvernia-Ródano-Alpes (interior de Francia). Incorpora un cortavientos de aluminio muy grande, [33] que es mucho más ligero que el equivalente de mampostería. El tamaño del cortavientos le permite funcionar en cualquier dirección del viento; [33] el área de la sección transversal perpendicular al flujo del viento sigue siendo grande.
El centro comercial Bluewater en el Reino Unido utiliza torres atrapavientos. [19] El Queen's Building de la Universidad DeMontfort utiliza torres con efecto de chimenea para ventilar. [34]
Se ha utilizado un atrapavientos en el centro de visitantes del Parque Nacional Zion , Utah , [35] donde funciona sin la adición de dispositivos mecánicos para regular la temperatura. [33]
{{cite book}}: |work=ignorada ( ayuda ) versión en blanco y negro de baja resoluciónEL-MALAQEF
