5-Analisis Climatico Rev

7/29/2019 5-Analisis Climatico Rev

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFACULTAD DE ARQUITECTURADivisin de Educacin Continua

Curso en lneaARQUITECTURA BIOCLIMTICA

Anlisis Climtico

Vctor Fuentes Freixanet1

1 Profesor investigador de la UAM-Azcapotzalco


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ARQUITECTURA BIOCLIMTICA ANLISIS CLIMTICO

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1. CLASIFICACIN CLIMTICA

Todas las ciudades ya cuentan con una clasificacin climtica oficial. Hay varios

sistemas de clasificacin pero en Mxico se utiliza la clasificacin de Kppen

modificada por la Dra. Enriqueta Garca.2

Antes que nada es conveniente verificar esta clasificacin y entender porque nuestro

lugar de anlisis est clasificado de tal manera. Ver la tabla 1.

En el sistema de Kppen, los climas se definen de acuerdo a los datos de temperatura

y precipitacin, en trminos anuales y mensuales. De esta forma existen cinco grupos

climticos fundamentales3

:

Grupo de climas A: Clima clido hmedo.Grupo de climas B: Clima seco.Grupo de climas C: Clima templado hmedo.Grupo de climas D: Clima boreal.Grupo de climas E: Clima polar

Estos grupos pueden subdividirse en distintos tipos de acuerdo a los siguientes

modificadores:

Modificadores para los grupos A, C y D:

f Precipitacin durante todo el ao

w Estacin seca en invierno, lluvias en veranos Estacin seca en verano, lluvias en inviernom lluvias abundantes en verano con influencia de monzn. (Slo para el grupo A)

Modificadores del grupo B:

S Semirido (Clima de estepa)W rido (Clima de desierto)

Modificadores del clima E:

T Clima de tundra

F Nieve perpetua

2 Garca, Enriqueta, Modificacin al Sistema de Clasificacin Climtica de Kppen. Talleres Larios, Mxico, D.F.

3 Garca, Enriqueta.Apuntes de Climatologa . Talleres Larios, S.A. Mxico, D.F. 1986.


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Tabla 1. Esquema general del Sistema de Clasificacin Climtica de Kppen


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Figura 1. Mapa climtico de Mxico, segn Kppen Garca (Atlas Nacional de Mxico) Instituto de Geografa-UNAM


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2. AGRUPACIN BIOCLIMTICA

Conjuntamente con la clasificacin climtica de Kppen, es conveniente determinar qu

tipo de agrupacin bioclimtica tiene una localidad. El sistema de agrupacin

bioclimtica de ciudades4

tiene por objetivo el agrupar de manera simplificada a las

localidades de acuerdo a sus requerimientos arquitectnicos y bioclimticos. Cabe

enfatizar que esta agrupacin no sustituye a la clasificacin de Kppen-Garca, sino

que trata de complementarse especficamente desde el punto de vista de las

estrategias de diseo arquitectnico.

Para establecer la agrupacin bioclimtica son necesarios los parmetros de

temperatura y precipitacin pluvial. Desde el punto de vista bioclimtico es ms

significativa la humedad relativa que la precipitacin, sin embargo, es difcil encontrar

datos de humedad relativa para muchas ciudades de la Repblica Mexicana, ya que es

un parmetro que no se mide en las estaciones climatolgicas, sino nicamente en los

observatorios meteorolgicos. Por ello es conveniente hacer un anlisis climtico

detallado para verificar el comportamiento de la humedad.

Temperatura:

Para determinar la agrupacin bioclimtica en funcin de la temperatura se considera la

temperatura media del mes ms caluroso del ao, ya que sta determinar los

requisitos de enfriamiento, confort o calentamiento para la estacin ms clida. Los

rangos de la agrupacin desde el punto de vista trmico son:

Temperatura menor de 21 C para requerimientos de calentamiento.

Temperaturas entre 21 y 26 C para Zona de Confort Trmico.

Temperatura mayor a 26 C para requerimientos de enfriamiento.

Precipitacin Pluvial:

La precipitacin pluvial total anual se utiliza para determinar los requisitos de

humidificacin o deshumidificacin. Los rangos establecidos son:

4 Fuentes, Vctor y Figueroa, Anbal. Criterios de Adecuacin Bioclimtica en la Arquitectura IMSS no. 7300, Mxico,D.F. 1990


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Menor a 650 mm de precipitacin para requerimientos de humedad

Entre 650 y 1000 mm para confort hdrico

Mayor a 1000 mm para requerimientos de deshumidificacin.

De tal forma se definen una matriz de requerimientos con nueve zonas oagrupaciones:

Figura 2. Matriz de Requerimientos Bioclimticos

A partir de estos requerimientos queda definida la Agrupacin Bioclimtica (ver figura3.) Como se puede apreciar quedan definidos 9 grupos bioclimticos: Clido seco,Clido, Clido hmedo; Templado seco, Templado, Templado hmedo; Semi-fro seco,Semi-fro y Semi-fro hmedo. Los climas Fros se definen cuando la temperatura delmes ms caluroso est por debajo de 6.5 C pero en Mxico no se presentan estoscasos a excepcin de las cimas ms elevadas del pas. Por otro lado cuando laprecipitacin total anual es inferior a 400 mm se considera clima desrtico.


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Figura 3. Matriz de Agrupacin Bioclimtica

Figura 4. Mapa de Agrupacin Bioclimtica5

5 Fuentes Freixanet, Vctor Armando. Modelo de Anlisis Climtico y Definicin de Estrategias de Diseo Bioclimticopara diferentes Regiones de la Repblica Mexicana. Tesis para optar por el Grado de Doctorado. UAM-Azcapotzalco,Mxico, D.F. 2009


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3. RECOPILACIN DE INFORMACIN

Despus de analizar la clasificacin climtica, el siguiente paso del anlisis climtico es

la recopilacin de informacin de los parmetros climticos. Los datos bsicos son: Temperatura mxima, media y mnima

Humedad Relativa, mxima, media y mnima

Precipitacin Pluvial total anual

Radiacin Solar Total, directa y difusa

Direccin y velocidad del viento

Nubosidad

Fenmenos especiales

La primera fuente de consulta para conseguir estos datos es el Servicio Meteorolgico

Nacional perteneciente a la Comisin Nacional del Agua de la SEMARNAT.

http://smn.cna.gob.mx/

En sta pgina se puede encontrar informacin de dos formas. Primero, en la seccin

de Climatologa - Normales climatolgicas se encuentran los datos climticos

bsicos de las todas estaciones climatologas de la Repblica Mexicana. La

informacin disponible en esta seccin es limitada a los datos de: temperaturas,

precipitacin, evaporacin, das con lluvia, niebla, granizo y tormenta elctrica.

En la seccin Observando el tiempo Observatorios Resumen Histrico

(normales) se puede obtener informacin de los observatorios meteorolgicos de las

principales ciudades de la Repblica Mexicana. En este caso la informacin es ms

completa pero se limita a pocas ciudades.

Como tercera en la seccin Observando el tiempo Estaciones meteorolgicas

automatizadas se puede obtener informacin detallada a cada 10 minutos de

temperatura, humedad, precipitacin, viento, presin y radiacin solar. Esta es un

informacin muy importante, pero que tendr que ser procesada para poder utilizarse.
http://smn.cna.gob.mx/http://smn.cna.gob.mx/http://smn.cna.gob.mx/


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Desde luego en esta pgina del SMN viene mucha ms informacin como pronsticos

y anlisis climticos de variables especficas.

Tambin puede obtenerse informacin climatolgica a travs de la Red Nacional de

Estaciones Estatales Agroclimatolgicas del Instituto Nacional de Investigaciones

Forestales, Agrcolas y Pecuarias (INIFAP) de la SAGARPA.http://clima.inifap.gob.mx/redclima/

Aqu se puede obtener informacin general de varias estaciones en casi todos los

Estados de la Repblica y slo hay que registrarse para tener acceso a informacin

ms especfica y detallada.

Aunque un poco ms general pero tambin se puede obtener informacin a travs del

Atlas Climtico Digital del Centro de ciencias de la Atmsfera de la UNAMhttp://www.atmosfera.unam.mx/uniatmos/atlas/index.html

o a travs del Atlas Nacional de Mxico publicacin del Instituto de Geografa de la

UNAM.

http://www.igeograf.unam.mx/web/iggweb/index.html

Tambin es posible obtener informacin a travs de las Secretarias de Medio Ambiente

Estatales, como es el caso del caso del DF:http://www.sma.df.gob.mx/sma/index.php?opcion=26&id=214

De manera local se puede recurrir a los aeropuertos, ya que stos cuentan con

estaciones climatolgicas y anemomtricas.

Como otra opcin, aunque con informacin menos confiable, hay varias pginas

internacionales con informacin climatolgica con informacin histrica, por ejemplo Tu

Tiempo.nethttp://www.tutiempo.net/america_del_norte.htm

A este tipo de pginas se puede recurrir slo despus de haber agotado la bsqueda

en fuentes oficiales y locales.
http://clima.inifap.gob.mx/redclima/http://clima.inifap.gob.mx/redclima/http://www.atmosfera.unam.mx/uniatmos/atlas/index.htmlhttp://www.atmosfera.unam.mx/uniatmos/atlas/index.htmlhttp://www.igeograf.unam.mx/web/iggweb/index.htmlhttp://www.igeograf.unam.mx/web/iggweb/index.htmlhttp://www.sma.df.gob.mx/sma/index.php?opcion=26&id=214http://www.sma.df.gob.mx/sma/index.php?opcion=26&id=214http://www.tutiempo.net/america_del_norte.htmhttp://www.tutiempo.net/america_del_norte.htmhttp://www.tutiempo.net/america_del_norte.htmhttp://www.sma.df.gob.mx/sma/index.php?opcion=26&id=214http://www.igeograf.unam.mx/web/iggweb/index.htmlhttp://www.atmosfera.unam.mx/uniatmos/atlas/index.htmlhttp://clima.inifap.gob.mx/redclima/


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4. ORDENACIN DE LA INFORMACIN

Para poder analizar la informacin obtenida, es necesario ordenarla en una hoja

electrnica que nos permita procesarla de manera numrica y grfica.

Figura 5. Ejemplo de tabla de datos climticos

5. ANLISIS DE LA INFORMACIN

Los datos climticos pueden ser analizados en varios sentidos. En primer lugar se debe

hacer un anlisis paramtrico, es decir ir analizando cada parmetro por separado.

Despus se debe hacer un anlisis mensual en sentido vertical, en donde se irn

interrelacionando varios parmetros. Lo mismo puede hacerse de manera anual, de talmanera que se podr obtener finalmente una caracterizacin climtica, es decir

conocer con claridad y precisin como es el clima del sitio en cuestin, determinar

cmo es su comportamiento y cuales sus condicionantes, para con base en ello, poder

establecer conceptos y estrategias de diseo adecuadas.


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Figura 6. Esquema de anlisis climtico

El anlisis puede hacerse con la informacin numrica, sin embargo es ms sencillo

hacerlo a travs de grficas. Por lo que el siguiente paso es hacer grficas a partir de

los datos climticos. Por ejemplo, la grfica de los datos de temperaturas se ver como

sigue:


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Figura 7. Ejemplo de grfica de temperaturas

Sabemos que las temperaturas mnimas se presentan antes de salir el Sol,

generalmente se considera las 6:00 h.; mientras que la temperatura mxima

generalmente se presenta a las 15:00 h. y por lo tanto la oscilacin diaria es la

diferencia entre la mxima y la mnima, es decir que la oscilacin define el recorrido

diario de la temperatura en un da tpico del mes.

En la grfica de temperaturas de la figura 3, es difcil hacer el anlisis climtico. Por

ejemplo saber si hace calor en las tardes de marzo no es fcil. Para poder analizar los

datos es necesario tener algn parmetro de referencia con el cul comparar el dato

que estamos analizando. En este caso ese parmetro de referencia es la zona de

confort (El tema de confort se ver ms adelante en el curso)


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Figura 8. Ejemplo de grfica de temperaturas con zona de confort

Ntese que en el caso de la figura 4 es muy fcil decir que la temperatura mxima del

mes de marzo est fuera confort y por lo tanto se puede afirmar que en las tardes de

marzo hace calor. De tal forma el anlisis de temperaturas quedara como se ve en el

ejemplo de la figura 5.

Figura 9. Ejemplo de grfica de anlisis de temperaturas


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A partir de esta grfica la descripcin es muy fcil de hacer, por ejemplo:

La temperatura media anual es de 18.6 C. El mes ms caluroso es mayo con una temperatura

media de 22.1 C y con una mxima de 30.2 C; el mes ms fro es enero con una temperatura

media de 14.5 C y una mnima de 7.0 C. Desde principios de marzo hasta finales de julio lastardes son calurosas ya que la temperatura mxima rebasa la zona de confort. Las

temperaturas mximas de agosto y septiembre estn en el lmite superior de la zona de confort

por lo que tambin pueden llegar a ser calurosos. Los meses de abril, mayo y junio se presentan

temperaturas extremas superiores a 35 C; lo cual indica que pueden llegar a presentarse

temperaturas elevadas en sos meses.

Las temperaturas medias se encuentran por debajo del lmite inferior de confort, excepto en el

periodo comprendido entre principios de mayo y principios de junio. Las temperaturas mnimas

de todos los meses se encuentran por debajo de confort, lo cual indica que todas las maanasde todo el ao son fras. De noviembre a febrero pueden llegar a presentarse temperaturas por

debajo del 0 C. Por lo que podra llegar a presentarse congelacin del agua.

5.1 Parmetros de referencia

Temperatura:

Quiz el parmetro ms importante y el primero que se analiza es la temperatura. ste

debe analizarse en funcin de los rangos de confort de la localidad en estudio. La

frmula propuesta por S. Szokolay6

para determinar la temperatura ptima de confort

es:

Tn = 17.6 * 0.31 Tmdonde:Tn =Temperatura neutraTm =Temperatura media (mensual o anual)

La zona de confort (Zc) convencional cubre un rango de 5 grados, por lo que:

Zc = Tn 2.5 C

De esta forma el anlisis se hace tomando como referencia este rango y definiendo si

la temperatura de cada uno de los meses se encuentra por arriba, dentro, o por debajo

de la zona de confort, anotando tambin el nmero de meses que se presentan en

6Szokolay, Steven. Auliciems Andris. Thermal Comfort. PLEA The University of Queensland, Australia. 1997


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cada caso. De esta forma se podr decir cuntos y cules meses son fros,

confortables o calurosos.

Este anlisis puede complementarse con la definicin de los Das Grado. Se define

como das grado a los requerimientos de calentamiento o enfriamiento, en grados

centgrados acumulados en un mes, necesarios para entrar en la zona de confort.

Generalmente se incluyen dos tipos de das grado: Das grado general que fija para

todos los climas una zona de confort entre los 18 y 26 C, este rango es aplicado

internacionalmente y se usa como parmetro comparativo entre distintas ciudades y

climas; y das grado local que aplica para su determinacin la zona de confort

propuesta por Szokolay, la cual considera la aclimatacin de las personas, usndose

para establecer los requerimientos bioclimticos locales.

Los das grado general se obtienen aplicando la siguiente frmula:

DGc = n (T-18)DGe = n (T-26)

donde:DGc =Das grado de calentamientoDGe =Das grado de enfriamienton =Nmero de das del mes

T =Temperatura media mensual

Los das grado locales se obtienen aplicando la siguiente frmula:

DGc = n (T (Tn-2.5))DGe = n (T (Tn+2.5))

donde:DGc =Das grado de calentamientoDGe =Das grado de enfriamienton =Nmero de das del mesT =Temperatura media mensualTn =Temperatura neutra

El anlisis se efecta de manera similar al de la zona de confort, es decir que seestablece el nmero de meses y cantidad de das grado de calentamiento y de

enfriamiento y aquellos que no tienen das grados, es decir que no presentan ningn

requerimiento trmico.


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Oscilacin o Amplitud de la temperatura

La oscilacin de la temperatura puede ser considerada de manera anual, es decir la

diferencia entre la temperatura media del mes ms fro y del mes ms caluroso; o la

oscilacin diaria, es decir, la diferencia entre las temperaturas mximas y mnimas

diarias o promedio mensual. De acuerdo a Kppen-Garca7

los rangos de oscilacinanual se definen como:

Isotermal menos de 5C (de oscilacin)Poca oscilacin entre 5 y 7 CExtremoso entre 7 y 14 CMuy extremoso ms de 14 C

Desde el punto de vista arquitectnico, Mahoney8

recomienda el uso de la masa

trmica de las construcciones cuando la oscilacin diaria sobrepasa los 10 C

Humedad relativa:

La humedad est ntimamente relacionada con la temperatura, sin embargo el rango de

confort higromtrico es muy amplio, ya que se encuentra entre 30 y 70% de humedad

relativa. Este rango es vlido para cualquier localidad. El anlisis se hace comparando

los datos de la localidad en estudio con este rango y definiendo cuando se encuentra

por debajo, dentro o por arriba de esta zona de confort higromtrico.

Precipitacin:

Precipitacin total anual

La precipitacin pluvial total anual sirve para definir si una localidad es seca, de

precipitacin moderada o hmeda. De acuerdo a la clasificacin climtica de Kppen-

Garca, los climas hmedos de los grupos A y A(C) quedan definidos cuando:

Ps > 60-((P-1000)/25)donde:Ps =Precipitacin de mes ms secoP =Precipitacin Total Anual

Mientras que en los climas hmedos de los grupos C y (A)C se definen cuando:

Ps > 40-((P-500)/31)

7Garca, Enriqueta, Modificacin al Sistema de Clasificacin Climtica de Kppen. Talleres Larios, Mxico, D.F.8

Cf. Koenigsberger, et al Viviendas y edificios en zonas clidas y tropicales. Editorial Paraninfo, Madrid. Espaa. 1977


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Sin embargo, en trminos generales, el rango definido para una precipitacin moderada

est comprendido entre los 650 y 1,000 mm. Por debajo de esta cifra la localidad ser

seca y por arriba ser hmeda. Generalmente con lluvias anuales inferiores a 400 mm,

el clima se puede considerar como desrtico. Se considera lluvia fuerte cuando se

sobrepasan los 150 mm de precipitacin total mensual y poca lluvia cuando no sealcanzan los 40 mm.

Precipitacin mxima en 24 horas

Considerando la precipitacin mxima (puntual) en 24 hrs. el Servicio Meteorolgico

Nacional define los siguientes rangos:

Lluv ia apreciable e inapreciable

Se llama lluvia apreciable cuando la precipitacin fue superior a 0.1 mm, e inapreciable

cuando sta se present por debajo de sta cantidad.

mayor a 70 mm. intensas50 70 muy fuertede 20 a 50 fuertesde 10 a 20 moderadasde 5 a 10 ligerasmenores de 5 escasas

Precipitacin mxima en 1 hora:

La intensidad de lluvia se determina de acuerdo a los siguientes criterios9

:

Intensidad mm/h Criterios

Ligera 7.5 La visibilidad es bastante restringida y las salpicaduras que seproducen sobre la superficie se levantan varias pulgadas.

9Glosario de Trminos del Servicio Meteorolgico Nacional. Comisin Nacional del Agua. http://smn.cna.gob.mx/


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Nubosidad:

La nubosidad se mide en decimos u octavos de cielo cubierto. El Servicio

Meteorolgico Nacional utiliza octavos y en funcin de ellos establece tres estados del

cielo:

Cielo despejado, cuando las nubes cubren un mximo de 2/8 partes del cielo Cielo medio nublado, cuando las nubes cubren de 2/8 a 6/8 partes del cielo Cielo nublado, cuando las nubes cubren ms de 6/8 partes del cielo.

En el anlisis conviene pasar las unidades de das a porcentajes, de tal manera que el

dato del estado del cielo que tenga ms del 30% ser el predominante.

Visibilidad dominante:

La visibilidad se expresa en metros, aunque ocasionalmente se da de acuerdo a un

cdigo que la describe de la siguiente manera:

Codificacin Descripcin Distancia observada(metros)

0 Obstruccin muy densa 501 Obstruccin densa 2002 Visibilidad muy mala 5003 Visibilidad mala 1,0004 Visibilidad muy escasa 2,0005 Visibilidad escasa 4,0006 Visibilidad regular 10,0007 Visibilidad buena 20,000

8 Visibilidad muy buena 50,0009 Visibilidad excelente >50,000

Viento

El rango de velocidad del viento para espacios interiores est comprendido entre 0.1 y

1.5 m/s. Por debajo de este rango se considera como viento escaso y por arriba como

viento fuerte. Para espacios arquitectnicos semi-abiertos el rango puede ampliarse

hasta un mximo de 2 m/s.


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Radiacin Solar

Si no se cuenta con datos medidos de radiacin solar, se recomienda utilizar los mapas

de Radiacin de J os Luis Fernndez Zayas. 10

http://aplicaciones.iingen.unam.mx/ConsultasSPII/Buscarpublicacion.aspx

6. ANALISIS HORARIO

Es conveniente tambin hacer un anlisis horario de las temperaturas y humedades ya

que con este anlisis podremos determinar los requerimientos especficos de los

locales de acuerdo a su horario de uso.

Figura 10. Tabla de datos horarios de temperatura.

Lo ideal sera obtener datos horarios del observatorio meteorolgico, si estos no se

consiguen entonces los datos horarios se pueden generar matemticamente por medio

de algoritmos. Como se aprecia en la figura 6, los datos de temperatura pueden

colorearse en funcin de la zona de confort. En color azul se muestran los datos que

estn por debajo de confort y en amarillo los que se encuentran por arriba de esta

zona; mientras que en blanco se muestran los datos que se encuentran dentro de

confort.

Si se realiza un conteo de los casos de estas temperaturas, se puede generar una

grfica circular que muestra los porcentajes de fro, confort y calor, los que muestra de

inicio el nfasis que deber hacerse en las estrategias de diseo para cada caso.

10Fernndez Zayas, J os Luis. Clculo de la radiacin solar instantnea en la Repblica Mexicana. Series del Instituto

de Ingeniera No. 472. UNAM, Mxico, D.F. 1983
http://aplicaciones.iingen.unam.mx/ConsultasSPII/Buscarpublicacion.aspxhttp://aplicaciones.iingen.unam.mx/ConsultasSPII/Buscarpublicacion.aspx


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Figura 11. Grfica circular con porcentajes de condiciones trmicas

Pero tambin estas temperaturas horarias se pueden utilizar para definir los

requerimientos particulares de los locales. Para ello slo es necesario relacionar las

temperaturas con el listado de locales y sus horarios de uso.

Figura 12. Relacin de temperaturas con horarios de uso de los espacios

Esta relacin me permite ir tomando algunas decisiones de diseo, por ejemplo si en el

horario de uso de la cocina las temperaturas son altas, (adems del calor interno

generado por la propia cocina) la decisin sera no ubicarla en una orientacin que

reciba mucha radiacin solar, sino por el contrario podra ubicarse hacia el norte del

proyecto.

Del mismo modo se puede hacer el anlisis con respecto a las humedades horarias.


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7. ANALISIS DE VIENTOS

Es necesario analizar las rosas de viento mensuales y no slo la anual, ya que los

vientos pueden cambiar su direccin de manera estacional o mensual. (De hecho

tambin pueden cambiar de manera horaria y presentarse vientos distintos en la

maana y en la noche)

Figura 13. Distintos tipo de vientos.

Los vientos pueden ser unidireccionales, es decir que se presenta una direccin

predominante. Pueden ser bidireccionales, es decir con dos direcciones dominantes,

que generalmente se presentan de forma estacional o diaria. Se puede presentar un

rango de viento, o vientos multidireccionales.

De entre todos estos tipos hay que distinguir los vientos favorables de aquellos que no

lo son, ya sea porque vienen muy fros o clidos, muy fuertes o contaminados, etc.


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