Es evidente que nuestro medio ambiente esta cada día mas deteriorado y que los problemas que esto conlleva estan incidiendo mas directamente en la salud del hombre y en las actividades que desarrolla. Por esto la preocupación ante los problemas ambientales esta aumentando y generalizandose mas y mas; el hombre esta tomando conciencia, un tanto obligadamente, de la importancia de los ecosistemas y la fragilidad de su equilibrio, sólo entonces, frente a la perspectiva de la deshabitabilidad de nuestro planeta

La crisis ecológica (económica, social y política) que se sufre actualmente en muchos países del mundo, principalmente en los latinoamericanos, obedece, en la mayoría de los casos, a los esquemas de desarrollo planteados, con una visión puramente económica, donde no se ponderan adecuadamente los factores ambientales y de calidad de vida como los prioritarios a perseguir.

Los esquemas de desarrollo tradicionales, basados en un crecimiento económico sostenido deberan ser replanteados a corto plazo y reemplazados por esquemas de desarrollo sustentable o integrales, es decir que el crecimiento económico debera supeditarse a las posibilidades, potencialidades y límites que los ecosistemas tengan para sustentar a la población. Por otro lado los problemas ambientales no reconocen fronteras, de tal forma que es imperativo un nuevo orden en el ambito internacional.

Dentro de este pretendido “orden equilibrado” el papel del arquitecto es fundamental; ya sea en la arquitecturahabitacional, comercial, industrial, turística, de edificios públicos, y en cualquier ambito de participación profesional, el arquitecto debe poner todo su empeño y conocimientos para ofrecer espacios que, ademas de poseer un cierto valor estético, sean funcionales y adecuados a los nuevos requerimientos de organización social y productiva, que revaloricen los factores culturales, tradiciones e idiosincrasia regional y nacional; espacios saludables y confortables que propicien una mayor eficiencia y productividad.

Cuando se habla de arquitectura, generalmente, la primera idea que viene a la mente es la de casas y edificios, muros y cubiertas o fachadas atractivas; y ciertamente la forma externa y los materiales constructivos, son en sí la manifestación arquitectó-nica. Sin embargo, la arquitectura implica mucho
mas que esto; ademas de la envolvente, la arquitectura es el espacio contenido o delimitado por todos los elementos constructivos, es el espacio habitable, el espacio percibido a través de casi todos los sentidos: la arquitectura se siente, se ve, se escucha, se huele esta amplia percepción es la que nos hace sentir a gusto o no, dentro de un espacio. Estamos acostumbrados únicamente a ver
la arquitectura desde el punto de vista formal, y pocas veces nos percatamos de todo lo que una edificación implica.

El problema de disconfort o malestar no es sólo el sentirnos a disgusto en un espacio, habitar en espacios inadecuados repercute en problemas de salud, eficiencia y productividad. Por lo tanto, la arquitectura esen mucho responsable de la salud y bienestar de sus habitantes; La Organización Mundial de la Salud mencionó en uno de sus informes de principios de la década de los 80s, que mas del 70% de los problemas de enfermedades de vías respiratorias se deben a espacios mal diseñados.

Y ciertamente, ¿cuantos de nosotros hemos vivido en casas muy calurosas, muy frías, húmedas o extremosas en donde se presentan recurrentemente estos problemas de salud, principalmente en niños y ancianos? Los espacios mal iluminados ocasionan problemas visuales, los espacios ruidosos, provocan problemas auditivos, de estrés, de comunicación, etc. Bajo todas estas condiciones desfavorables, evidentemente se presentara una disminución de la eficiencia y la productividad de las personas.

Es en este contexto que trabaja la ARQUITECTURA BIOCLIMATICA, cuyo principal objetivo es el de armonizar los espacios y crear óptimas condiciones de confort y bienestar para sus ocupantes.

Crear espacios “habitables” que cumplan con una finalidad funcional y expresiva y que sean física y psicológicamente adecuados; que propicien el desarrollo integral del hombre y de sus actividades.

Esto puede lograrse a través de un diseño lógico, de sentido común, a través de conceptos arquitectónicos claros que consideren las variables climaticas y ambientales.

En este sentido la arquitectura bioclimatica no es mas cara que la arquitectura convencional; dar una buena orientación y ubicación de los espacios, dimensionar adecuadamente las ventanas, colocar un alero opartesol, seleccionar adecuadamente los materiales constructivos, etc. son acciones sencillas que no impactan al costo de diseño ni de construcción.
Pero la arquitectura bioclimatica también atiende los problemas energéticos de la vivienda.

Hacer un uso eficiente de la energía y los recursos, tendiendo hacia la autosuficiencia de las edificaciones es un punto importante a tratar.

Generalmente, cuando se presenta un presupuesto de una edificación a un cliente, se consideran únicamente los costos directos e indirectos de construcción y nunca se presentan los costos de operación ni mantenimiento. Si el cliente supiera que vivir en su casa le va a representar un gasto de miles de pesos mensuales por conceptos de energía eléctrica para climatización e iluminación artificial, difícilmente aceptaría nuestro presupuesto.

A través del diseño adecuado de los espacios es posible, evitar o disminuir el uso de la climatización artificial; así como aprovechar ampliamente la iluminación natural durante el día.

Adicionalmente existen varios equipos de tecnología solar que pueden ser utilizados en las construcciones tales como equipos fotovoltaicos y aerogeneradores, lamparas y luminarias eficientes etc. y calentadores solares de agua que puede reducir enormemente los consumos de gas doméstico.

Y desde luego que todas estas acciones energéticas acarrearan beneficios de tipo económico para los usuarios.

Aplicando el diseño bioclimatico, se ayuda también a preservar el medio ambiente, integrando al hombre a unecosistema mas equilibrado. En las construcciones es necesario hacer un uso adecuado del agua, una adecuada disposición de deshechos sólidos y tratamiento adecuado de aguas grises y negras.

Se puede tener sistemas de captación de agua pluvial utilizando las azoteas de los edificios.

Resulta absurdo que el cielo no dé agua y nosotros la tiremos por el drenaje en lugar de utilizarla o simplemente en lugar de inyectarla al subsuelo. La arquitectura también debe considerar los problemas de contaminación exterior e intramuros. Existen materiales y substancias contaminantes que se utilizan dentro de las habitaciones que deben ser evitados o tratados de manera especial. En otras palabras, la arquitectura debe diseñar espacios ecológicamente concebidos que respondan integral y armónicamente a la acción de los factores ambientales del lugar.

Algunos autores se refieren a la envolvente de los edificios, como la “piel constructiva” ya que la construcción es, en cierta forma, una extensión de nosotros. La envolvente debe ser diseñada como un agente dinamico que interactúe favorablemente entre el exterior e interior y viceversa, es decir que debe actuar como un filtro selectivo biotérmico, acústico, lumínico, etc. capaz de modificar favorablemente la acción de los elementos naturales, admitiéndolos, rechazandolos y/o transformandolos cuando así se requiera.

El hombre es y debe ser el foco central de la arquitectura, los arquitectos debemos diseñar para que los usuarios puedan desarrollar no sólo sus actividades de maneraadecuada sino también para que ellos mismos se puedan desarrollar integralmente. Los arquitectos tenemos esta gran responsabilidad.

La arquitectura es mucho mas que el simple espacio contenido por unos muros, es el espacio capaz de sensibilizar al hombre que lo habita, es el espacio lleno de vivencias surgidas por sus actividades pero también es el espacio que lo induce a la espiritualidad y reflexión; a la introspección, serenidad y a la exaltación de los valores humanos. La arquitectura es el espacio que permite al hombre encontrarse a sí mismo y a su realidad, la arquitectura es el reflejo del ser, manifestado en un espacio.

La arquitectura bioclimatica es una alternativa que trata de solucionar los problemas ambientales de las edificaciones a través de un diseño lógico y que aprovechan al maximo los factores naturales y optimizan o eficientizan el uso de los sistemas energéticos tradicionales. Todo ello esta en función de los requerimientos del programa arquitectónico y principalmente de los requerimientos de confort ambiental de los usuarios.

Algunos de los conceptos de diseño bioclimatico mas importantes son:
Orientación:
La orientación óptima de las construcciones es el primer aspecto que se debe precisar. Para determinar la mejor orientación, y dependiendo de las condicionantes del lugar, podra ser mas importante un parametro que otro, por ejemplo el “eje térmico”, el “eje eólico”, la iluminación natural, las visuales, etc.

Forma:
La forma, volumetría, grado de confina-miento y agrupación de los elementoses un factor determinante para el comportamiento térmico de la edificación, también para el establecimiento del patrón de ventilación y el desempeño lumínico.

Ubicación de los espacios:
Los espacios deben ser jerarquizados de acuerdo a su función, grado de privacidad, accesos, etc., pero también de acuerdo a sus requerimientos ambientales (térmicos, lumínicos, acústicos, de ventilación, etc.) de acuerdo a todo ello debe lograrse una zonificación y organización espacial adecuada.

Diseño de ventanas:
Las ventanas son uno de los elementos mas importantes en una construcción, ya que debe cumplir simultaneamente con varias funciones: permitir el asoleamiento, iluminar, ventilar y permitir la comunicación visual entre el exterior y el interior. Por todo ello es un elemento que debe diseñarse cuidadosamente:

Proporciones:
La proporción entre los vanos y los macizos de las fachadas permitira controlar la cantidad de radiación solar directa e indirecta que penetrara en la construcción. Así mismo se lograra un equilibrio entre el calor y la luz, ademas de dirigir el flujo de ventilación.

Dispositivos de control solar:
En caso necesario deberan diseñarse dispositivos de control solar que permitan selectivamente el paso del sol por las ventanas en determinadas fechas y horas. Estos dispositivos deben diseñarse tanto para el control solar como para el control de la iluminación natural y sin interferir con el patrón de ventilación.

Ventilación natural:
Del mismo modo, en caso necesario deberan diseñarsedispositivos de ventilación natural (a través de las ventanas o de otros elementos constructivos) que controlen el flujo de ventilación tanto en su cantidad, velocidad como dirección dentro de los espacios interiores. La ventilación tiene tres funciones basicas: la renovación del aire, la climatización o enfriamiento del espacio y los elementos constructivos, y el enfriamiento directo de las personas.

Iluminación natural:
En caso necesario deberan diseñarse dispositivos de diseño de iluminación natural, los cuales ayudaran a controlar e incrementar los niveles lumínicos y la distribución de la luz en el interior; de tal forma que la iluminación artificial sea restringida a un uso nocturno o únicamente como complemento a la natural.

Materiales y Sistemas constructivos:
Una buena selección de sistemas constructivos, materiales, y acabados, con sus colores y texturas es determinante para obtener un buen comportamiento térmico y lumínico de la construcción.

Eco-tecnología:
Ademas, la arquitectura bioclimatica comúnmente incorpora eco-tecnologías apropiadas que ayudan a reducir los consumos energéticos, por ejemplo colectores solares para el calentamiento del agua, colectores solares e invernaderos para el calentamiento de los espacios habitables, fotoceldas o generadores eólicos para la producción de electricidad, refrigeración solar, aljibes y captación de agua pluvial, sistemas ahorradores y de reutilización del agua, y otras mas.

Nuestro país esta transformandose y creciendo rapidamente, y de una u otra manera todossomos protagonistas. Podemos optar por un crecimiento a costa del medio ambiente y los recursos, o por un crecimiento integral y equilibrado donde el hombre y la naturaleza se entrelacen en armonía.

El arquitecto no debe quedar al margen de este reto, debe actuar de manera gremial e individual, dando lo mejor de sí, con verdadera vocación de servicio en favor de la sociedad.

CLIMATOLOGÍA

El tiempo (meteorológico) se define como el estado de la atmósfera en un lugar y tiempo determinados, es decir las propiedades físicas que presenta la atmósfera en un momento dado. Obviamente estas propiedades físicas cambian constantemente, por lo que el tiempo es del mismo modo dinamico.
Por otro lado, el clima “es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan el estado medio de la atmósfera en un punto de la superficie terrestre” , es decir que, aunque se refiere a los mismos fenómenos del tiempo, el clima los considera de una manera mas duradera o estable, ya que, aunque comprende a los distintos tipos de tiempo que se presentan en un lugar, se define por el estado atmosférico mas frecuente.
Datos climaticos normalizados
la definición climatica No se puede hacer correctamente de un sitio considerando los datos climaticos obtenidos en un periodo corto de tiempo, incluso los datos de todo un año no son validos, ya que es posible que ese año en particular haya sido muy caluroso o muy frío y fuera de lo normal.
Para que los datos puedan considerarse como normales o normalizados, deben estar basados en registrosde por lo menos diez años, sólo de esta forma la caracterización climatica puede ser mas confiable; desde luego si el periodo de registro es mayor, (30 o 40 años), habra mayor seguridad de que el clima esté definido correctamente.

METEOROLOGÍA

La meteorología es la ciencia que estudia la atmósfera, los fenómenos que en ella se producen y las leyes que los rigen. Los fenómenos que tienen lugar en la atmósfera se denominan meteoros, los cuales pueden ser clasificados en tres grupos:
Meteoros climaticos. Aquellos relacionados con el tiempo, y se pueden subdividir en:
Meteoros Térmicos
Temperatura
• Hidrometeoros o Meteoros acuosos
Humedad
Nubosidad
Precipitaciones
• Meteoros dinamicos o del aire
Presión
Viento
• Meteoros ópticos o Fotometeoros.
(Aquellos relacionados con la luz)
Arco iris
Corona
Halos (Parhelio, paraselene, etc.)
• Meteoros eléctricos o Electro-meteoros.
(Aquellos relacionados con la electricidad)
Rayo, relampago y trueno
Fuego de San Telmo
Aurora boreal.
Todos estos meteoros, también llamados elementos del clima, estan interrelacionados; los meteoros ópticos y eléctricos son eventuales, por lo que, a excepción del rayo y desde luego la luz en general, no son considerados en estudios relacionados con la arquitectura.
Los elementos del clima son determinados o modificados por diversos factores que en forma genérica se dividen en:
• Factores Naturales:
Astronómicos
Solares: actividad, radiación y viento solar.
Terrestres: forma de la Tierra y su posicióndentro del sistema solar
Relación Sol-Tierra: movimientos terrestres en sí mismos y con relación al Sol.
Geograficos:
de Ubicación: latitud, longitud y altitud
Geomorfológicos: relieve, pendiente y dirección
Edaficos: naturaleza del suelo
Hidrológicos:
Continental: superficial y subterranea (escorrentías y distribución de masas de agua)
Marítimo: corrientes marinas
Bióticos: flora y fauna
Fenómenos especiales: cataclismos naturales
Factores artificiales (antrópicos)
Factores por asentamiento humano: urbano, rural
Factores por actividad productiva: agrícola, industrial, forrestal, minera, energética, etc.
Contaminación: aire, agua y tierra.
Cambios geomorfológicos: erosión, deforestación, excavación.
Cambios hidrológicos: alteración, desubicación o reubicación de masas de agua
Cambios ecológicos: ruptura de los ciclos naturales.

ELEMENTOS DEL TIEMPO Y DEL CLIMA
METEOROS TÉRMICOS - TEMPERATURA
La temperatura es una medida de la energía calorífica (grado de actividad molecular) de un cuerpo; en este caso del aire y del suelo. La principal fuente del calentamiento atmosférico y de la superficie terrestre es la energía solar, de hecho cierta cantidad de energía proviene del interior de la tierra, pero su aportación no es significativa, ademas esta energía es mas o menos constante y uniforme durante el día y la noche, por lo que en términos practicos no interviene en el balance diario de la temperatura.
La atmósfera se calienta muy poco de manera directa, ya que la energía solar sólo esabsorbida por las moléculas de agua, dióxido de carbono y por las partículas en suspensión, que como se vio con anterioridad, se presentan en cantidades relativamente pequeñas. En realidad el calentamiento atmosférico se da a partir de la tierra; los rayos solares atraviesan la atmósfera e inciden sobre la superficie de la tierra calentandola, (la energía radiante se transforma en calorífica), posteriormente este calor es transferido a la atmósfera principalmente por convección.
Como se puede apreciar, el grado de transparencia atmosférica es importante, pero lo son de mayor manera el relieve y la naturaleza del suelo, así como su cobertura vegetal; es decir las características físicas de la superficie de captación de la energía solar. Desde luego se debe considerar que parte de la energía que llega a la superficie de la tierra es utilizada en los procesos fotosintéticos de las plantas y para la evaporación del agua.
Medición de la temperatura del aire.
La temperatura del aire se mide generalmente con termómetros de mercurio montados a la sombra y a una altura entre 1.2 y 1.8 metros, normalmente dentro de una caseta meteorológica. Este termómetro es conocido como de bulbo seco. La mayoría de los observatorios llevan registros de la temperatura horaria durante todos los días del año, sin embargo las estaciones meteorológicas registran únicamente la temperatura maxima y mínima presentada durante el día.
Dentro de la metodología de diseño bioclimatico es conveniente contar con los datos horarios, por lo que se anexa alfinal de este documento, un procedimiento empírico para deducir la temperatura horaria a partir de los datos de temperatura maxima y mínima. Existen varios datos de temperatura disponibles en los registros de las estaciones y observatorios meteorológicos, el primero es el de temperatura media diaria que resulta de promediar los 24 datos de temperatura horaria registrados durante el día. Si se promedian las temperaturas medias de todos los días del mes, se obtendra la temperatura media mensual.

La temperatura mínima mensual corresponde al promedio de todas las temperaturas mínimas registradas en el mes, y de igual forma se obtiene la temperatura maxima. Por el contrario, las temperaturas mínima y maxima extremas, no son promedios sino datos puntuales, es decir la temperatura mínima o maxima registrada a través de todas las lecturas.
A partir de los datos de temperatura se puede obtener la oscilación, término empleado para establecer la diferencia térmica entre dos valores. La oscilación puede ser diaria o anual, es decir la diferencia entre la temperatura mínima y maxima promedio mensual o la diferencia entre la temperatura media mensual mas baja y la mas alta de todo el año.

HIDROMETEOROS - EL AGUA
Estados del agua y cambios de fase
El agua puede presentarse en tres estados diferentes: en estado sólido, en forma de cristales de hielo, en estado líquido, en forma de agua y en estado gaseoso, en forma de vapor de agua.
Las moléculas de agua pueden pasar del estado gaseoso al estado líquido por medio del procesollamado condensación, y también puede pasar directamente al estado sólido por el proceso de sublimación, el cual se presenta cuando la temperatura esta por debajo del punto de congelación. Por otro lado el agua en estado líquido puede pasar al estado gaseoso a través de la evaporación y también por sublimación puede pasar directamente del estado sólido al gaseoso; el agua puede pasar al estado sólido por congelación y de manera inversa pasa de sólido a líquido por fusión.
Todos los cambios de estado o fase van acompañados por un intercambio de energía calorífica. La evaporación del agua absorbe calor, sin embargo esta energía es transformada de calor sensible a calor latente; por cada gramo de agua que se evapora, 600 calorías de calor sensible se transforman en latente, en el proceso inverso de condensación una cantidad igual de calorías es liberada pasando de calor latente a sensible con el correspondiente incremento de temperatura.
De manera similar el proceso de congelación libera energía calorífica a razón de 80 calorías por cada gramo de agua, mientras que la fusión absorbe una cantidad igual de calor. En el caso de la sublimación la vaporización absorbe calor (680 cal/gr de agua) y lo libera en el proceso de cristalización.

HUMEDAD
El término humedad se refiere a la cantidad de vapor de agua contenido en el aire. Esta cantidad varía con el tiempo y de lugar a lugar, sin embargo difícilmente llega al 5% con respecto a un volumen dado de aire.
A una presión y temperatura específica, la cantidad de humedad quepuede contener el aire tiene un límite definido, el cual es llamado cantidad o humedad de saturación (HS), mientras que a la temperatura en la cual el aire se satura durante un proceso de enfriamiento, se le denomina punto de rocío.
La humedad puede expresarse de varias maneras:
Humedad absoluta (HA). Es la cantidad de vapor de agua que contiene un volumen dado de aire y se expresa en peso por unidad de volumen (gr/m3)

Humedad específica (HE). Es la masa de vapor de agua que contiene una masa de aire. (gr/kg). La humedad específica se usa generalmente para describir las características de humedad de grandes masas de aire. Por ejemplo, el aire extremadamente frío y seco de las zonas articas puede presentar una humedad específica tan baja como 0.2 gr/kg, mientras que en zonas ecuatoriales extremadamente húmedas y calurosas la humedad puede llegar hasta 18 gramos de agua por cada kilogramo de aire.
Humedad relativa (HR). Es la relación que existe entre la cantidad de vapor de agua y la cantidad de saturación del aire a una determinada presión y temperatura; es decir que un aire totalmente saturado tendra una humedad relativa del 100%. De tal forma, la humedad relativa queda definida por la fórmula:
HR = (HA/HS) x100 ó,
HR = (HE/HS) x 100
La humedad esta íntimamente relacionada con la temperatura. Al calentarse, el aire se dilata o expande y por lo tanto su capacidad para contener vapor de agua aumenta; por el contrario, si el aire se enfría, se contrae y su humedad de saturación disminuye.
Si la temperatura delaire desciende por debajo del punto de rocío pero arriba de los 0 °C, el vapor de agua se condensa en forma de agua (rocío o niebla), pero si el punto de saturación se da a una temperatura de 0 °C o menor, el vapor de agua se sublima en forma de escarcha, nieve o granizo.

Medición de la humedad.
El instrumento mas usado para medir la humedad es el psicrómetro, el cual consiste en dos termómetros de mercurio sujetos a una tableta con manija giratoria. Uno de los termómetros se usa para medir la temperatura del aire (TBS), mientras que el otro medira la temperatura de evaporación del agua contenida en una gasa mojada que cubre el bulbo del termómetro (TBH). El psicrómetro se hace girar a manera de onda con el fin de airear la gasa y acelerar la evaporación del agua.
La temperatura de bulbo seco siempre es mayor a la de bulbo húmedo, a menos que el aire se encuentre totalmente saturado de vapor de agua, en cuyo caso las temperaturas seran iguales.
De la diferencia entre las temperaturas de bulbo seco y húmedo se deducen la humedad absoluta y relativa del aire, relación de datos registrados en tablas, reglas deslizantes o diagramas psicrométricos. Evidentemente estas relaciones de humedad varían con los cambios de presión atmosférica, por lo que las tablas, reglas y diagramas deben ser los adecuados al sitio de medición.
Existen también otros instrumentos para medir la humedad del aire llamados higrómetros, o higrógrafos en el caso de que la registren de manera grafica. Algunos funcionan con fibras de varios materiales(generalmente de cabello humano) que se contraen o expanden con los cambios de humedad. Otros emplean elementos sensibles que cambian sus características eléctricas o químicas ante las variaciones de humedad.

NUBOSIDAD
Condensación y formación de las nubes
Las nubes son masas densas de agua o partículas de hielo suspendidas en la atmósfera, las cuales se forman debido a la condensación del vapor de agua contenido en el aire. Esta condensación se lleva a cabo cuando el aire alcanza la saturación (100% HR), es decir cuando la temperatura desciende hasta el punto de rocío o mas abajo; o bien cuando la humedad es incrementada sustancialmente hasta saturar al aire.
La humedad se incrementa cuando el aire frío pasa sobre grandes masas de agua, la evaporación sera mayor si el aire es frío y el agua caliente. Sin embargo el factor mas importante en la formación de las nubes es el enfriamiento de masas ascendentes de aire, fenómeno denominado “proceso adiabatico”.
La ascensión del aire puede ser originada por tres factores o su combinación:
• Térmicos, es decir a procesos convectivos del aire originados por el calentamiento superficial.
• Orograficos, cuando la topografía del terreno provoca una desviación ascendente del viento.
• Frontales, debido al choque de masas de aire con distinta temperatura y densidad.
• O la combinación de varios de estos factores.
Adiabatico significa que es un proceso que se lleva a cabo sin ganancias o pérdidas de energía calorífica; es decir un proceso cerrado donde la energía caloríficay la materia se mantienen dentro del sistema. Por lo tanto este proceso es reversible, con la expansión de aire se produce enfriamiento y con la compresión, calentamiento.
Las masas de aire ascendentes se enfrían adiabaticamente debido a la expansión de aire y a la disminución de la presión atmosférica. Este enfriamiento esta relacionado con la altitud, y se da gradualmente a cierto ritmo, llamado “gradiente adiabatico”1. Cuando el aire ascendente no ha alcanzado el punto de rocío o saturación, disminuye es su temperatura con un gradiente adiabatico seco, a razón de 10 °C por cada 1000 metros de altitud. A partir del punto de rocío la disminución de la temperatura del aire va acompañada por la condensación del vapor de agua y por lo tanto con la consecuente formación de nubes.
En el proceso de condensación, el agua libera energía de calor latente (600 cal/gr) el cual se transforma en calor sensible; por lo que ésta energía adicional reduce el gradiente adiabatico a un rango entre 3 y 6 °C por cada 1000 metros de altitud. 3 °C cuando la condensación se da a baja altitud y 6 °C cuando se da a grandes altitudes. A partir del punto de condensación el proceso de enfriamiento del aire se denomina como adiabatico húmedo o de saturación. Cabe mencionar que el punto de rocío no se mantiene constante con la altitud, sino que también disminuye gradualmente, en este caso a razón de 2 °C por cada 1000 metros.

El agua alcanza el estado sólido, en forma de hielo, al llegar al punto de congelación de 0 °C, sin embargo lasminúsculas partículas de agua que forman a las nubes alcanzan la congelación a temperaturas mas bajas. Al agua que se encuentra en estado líquido por debajo de los 0 °C se le denomina agua super-enfriada. Las nubes se conforman exclusivamente de agua cuando la temperatura es mayor a los -12 °C; entre -12 y -30 °C las nubes se forman por la mezcla de agua y cristales de hielo; entre los -30 y -40 °C predominan los cristales de hielo y por debajo de -40 °C se conforman exclusivamente por cristales de hielo. Todas estas partículas con un diametro entre 20 y 50 micras.
Clasificación de las nubes
Las nubes se clasifican de acuerdo a su forma y altitud. De acuerdo a su forma existen dos clases principales: Estratiformes (nubes en capas) y Cumuliformes (nubes globulares).
Las nubes estratiformes tienen forma de manto o capas que con frecuencia cubre una gran area. La importancia de este tipo de nubes es que muestran que capas de aire son forzadas a subir gradualmente por arriba de masas de aire estable de mayor densidad. Si la fuerza ascendente continúa, el aire, enfriado adiabaticamente, se condensara de manera extendida sobre grandes areas. Por lo tanto, la estabilidad del aire tiene gran importancia en la formación de este tipo de nubes, las cuales se forman solamente en capas de aire estable. Las nubes estratiformes pueden producir grandes cantidades de precipitación, ya sea lluvia, granizo o nieve.
Las nubes cumuliformes son masas globulares en forma de burbujas o bolas de algodón. Este tipo de nubes se forma por el ascensorepentino de masas de aire caliente debido a su menor densidad con respecto al aire que las rodea. Es decir que estas nubes se forman en capas de aire inicialmente inestables o que se inestabilizan durante el ascenso del aire caliente. La precipitación producida por estas nubes se concentra en areas relativamente pequeñas.
De acuerdo a su altura las nubes se clasifican en cuatro grupos:
• Nubes altas.
• Nubes medias.
• Nubes bajas.
• Nubes de desarrollo vertical.
Nubes altas.
Se presentan a mas de 6 km de altitud. Dentro de este grupo se encuentran los Cirrus, Cirrocumulus y Cirrostratus; su característica distintiva es que estan formadas por minúsculos cristales de hielo. Generalmente este tipo de nubes indican la actividad de un frente calido y sirven para determinar la dirección y velocidad del viento y la humedad del aire a grandes altitudes.
Cirrus (Ci): Son nubes delgadas y aisladas con estructura fibrosa en forma de mechones o plumas. Generalmente no interfieren con el paso de los rayos solares. Se observan con un movimiento lento aparente, sin embargo pueden moverse a gran velocidad ante la presencia de una corriente a chorro del viento. La forma de las nubes indica la dirección del viento en las capas superiores de la troposfera. La presencia de este tipo de nubes en forma desordenada, predicen buen tiempo, mientras que si estan ordenadas en forma simétrica o en bandas, predicen mal tiempo.

Cirrocumulus (Ci-Cu): Son pequeñas nubes globulares dispuestas en grupos cercanos, líneas o rizos, que entérmino común se denominan como “cielo aborregado”. Estas nubes son raras y generalmente se presentan asociadas con otros tipos de cirrus de la misma altitud; frecuentemente cambian de forma en poco tiempo.
Cirrostratus (Ci-St): Este tipo se desarrolla en una delgada capa en forma de velo que generalmente cubre todo el cielo. Debido a su gran dimensión y composición a partir de cristales de hielo, producen los fenómenos de halo, tanto solar como lunar. Este tipo de nubes indica la posible aproximación de una tormenta.
Nubes medias
Se localizan entre los 2 y 6 km. de altitud. Este grupo incluye a los
Altostratus y Altocumulus.

Altostratus (A-St): Normalmente cubren la totalidad del cielo con un manto de consistencia densa y color grisaceo, en ocasiones con ligera textura fibrosa en sus bordes. El sol se muestra a través de estas nubes como un disco de tenue brillo pero sin la presencia de halo. Pueden estar formadas por gotas de agua super-enfriada o con la mezcla de gotas de agua y finos cristales de hielo. Su presencia indica posible precipitación continua abarcando areas muy extensas.
Altocumulus (A-Cu): Se forman por conjuntos de nubes globulares blancas con la base de color gris y algunas zonas muy brillantes. Pueden aparecer con patrones irregulares o definidos en bandas paralelas o perpendiculares al viento. Se forman por finas gotas de agua que frecuentemente se presenta super-enfriada. Este tipo de nubes obstruye totalmente el paso de la radiación solar directa por lo que proyectan sombras definidas.
Nubesbajas
Las nubes bajas se ubican por debajo de los 2 km de altitud. En este grupo se encuentran los Stratus, Nimbostratus y Estratocumulus.
Stratus (St): Los stratus son nubes bajas amorfas y uniformes que cubren grandes extensiones. Cuando este tipo de nubes, de color grisaceo o gris oscuro, estan en contacto con la tierra se les denomina “niebla” o “neblina”. Cuando una capa de niebla levanta, generalmente durante la mañana, se convierte en un stratus simple, el cual también es llamado “neblina alta”. La niebla se forma en condiciones atmosféricas estables y con viento ligero o en calma.
Nimbustratus (Nb): El prefijo o sufijo “nimbus” se utiliza para indicar que la nube esta produciendo precipitación, por lo tanto los nimbustratus son stratus de color gris oscuro que estan precipitando lluvia o nieve en forma continua. Si la precipitación cesa, retoman el nombre simple de stratus. Ocasionalmente la precipitación se evapora antes de llegar al suelo, éste fenómeno se denomina “virga” en lugar de lluvia.
Stratocumulus (St-Cu): Son grandes masas globulares agrupadas en extensas capas bajas. Nubes suaves de color grisaceo con algunas zonas brillantes. Las masas individuales frecuentemente adquieren formas regulares como grandes rollos de nubes orientadas en angulo recto con respecto a la dirección del viento. Generalmente se asocia a los Stratocumulus con buen tiempo, sin embargo en ocasiones se pueden producir lluvias repentinas de masas individuales.

Nubes de desarrollo vertical
Este tipo de nubes abarca variosniveles, pudiendo ir desde muy bajas hasta muy altas altitudes, se caracterizan porque su desarrollo vertical es mayor que su dimensión horizontal. En este grupo se encuentran los Cumulus y los Cumulonimbus.

Cumulus (Cu): Nubes blancas con forma de algodón o coliflor, con su cúspide tipo domo y la base casi horizontal. Cumulus pequeños y abundantes predicen buen tiempo, pero si son pocos y muy grandes anuncian fuertes precipitaciones. Los cumulus indican inestabilidad atmosférica y enfriamiento adiabatico intenso.
Cumulonimbus (Cu-Nb): Al igual que con las nubes nimbostratus, el término nimbus indica que la nube esta produciendo precipitación, por lo que este tipo de nubes es en realidad un cumulus precipitando lluvia, granizo o nieve. Estas nubes producen fuertes aguaceros que en la mayoría de las ocasiones van acompañados con rayos y relampagos.
Otro término utilizado para describir a las nubes es el sufijo “fractus” el cual indica la fragmentación de las nubes debido a la acción de un fuerte viento; fenómeno que se puede presentar tanto en los cumulus (cumulus fractus, Cu-Fr) o en los stratus (stratus fractus, St-Fr).
Medición de la nubosidad
La nubosidad se mide determinando los décimos de cielo cubiertos por cada uno de los cuatro tipos de nubes descritos con anterioridad. En los registros de los observatorios meteorológicos se anotan, ademas, la clave del tipo de nube presentada, su altura y la dirección de su movimiento; y en su caso se registra cuantos tipos de nubes se presentaron simultanea-mente.
Losregistros se hacen cada hora durante todo el día; con todos estos datos se obtiene el tipo de nube predominante, su altura y dirección promedio, así como el número de tipos distintos de nubes presentados. Con estos datos se determina el “estado medio del cielo” que puede ser de tres tipos: Despejado, medio nublado y nublado.
Se denomina cielo despejado cuando el promedio de la nubosidad no sobrepasa los 3/10 de cielo cubierto; medio nublado, cuando se encuentra entre 4/10 y 7/10; y nublado cuando la nubosidad promedio sobrepasa los 7/10 de cielo cubierto.
PRECIPITACIÓN
Se denomina precipitación a la caída de la humedad atmosférica, ya sea condensada en gotas de agua o congelada en forma de cristales. Como se mencionó anteriormente, las nubes estan formadas por gotitas de agua microscópicas; son tan pequeñas y pesan tan poco, que no pueden caer. Para que estas pequeñas gotas puedan precipitarse es necesario que se unan unas con otras hasta alcanzar el peso suficiente para vencer a las fuerzas de ascensión del aire. Este fenómeno de unión se llama coalescencia y es indispensable para que se dé la precipitación, para comprender esto basta decir que una gota de lluvia de un milímetro de diametro es el resultado de la unión de un millón de gotitas primarias (de nube) de 10 micras. Las precipitaciones pueden ser continuas (durante cierto período de tiempo), intermitentes o esporadicas.

En general la precipitación puede ser de cuatro tipos:
• Lluvia
• Escarcha o aguanieve
• Nieve
• Granizo
Lluvia.
Se denomina lluviaa la precipitación en forma de gotas de agua en estado líquido. La lluvia se origina generalmente por la ascensión de aire húmedo, relativamente calido. Según las causas que provocan la ascensión, las lluvias reciben diferentes nombres:
• Lluvia frontal o ciclónica: Este tipo de lluvias es provocado por la expansión adiabatica del aire dentro de un frente, ya sea frío o calido.
• Lluvia orografica: Se debe a la ascensión del aire provocada por la presencia de algún obstaculo orografico.
• Lluvia convectiva o de inestabilidad: Se debe al efecto convectivo y al gradiente vertical de temperatura, generalmente se presenta en masas de aire inestables.
En lenguaje común la precipitación puede recibir muy diversos nombres en función de su densidad, dispersión o intensidad, los principales son:
La precipitación acuosa, es decir aquella que se da en forma líquida, recibe varios nombres:
Llovizna u orvallo: Lluvia con gotas menores a 0.5 mm pero muy numerosas; provienen casi exclusivamente de las nubes estratiformes (stratus)
Lluvia: Precipitación con gotas mayores a 0.5 mm, aunque en promedio el diametro de las gotas de lluvia esta entre 1 y 2 mm. El maximo diametro es de alrededor de 7 mm. Con dimensiones mayores, las gotas se vuelven inestables y se fragmentan en pequeñas gotas mientras van cayendo. La lluvia puede provenir de una gran variedad de nubes.
Aguacero, chaparrón o chubasco: Lluvia densa que cae repentinamente y con poca duración.
Turbión o turbonada: Chubasco acompañado de fuerte viento, y en ocasionescon descargas eléctricas.
Diluvio: Lluvia muy abundante y duradera.
Medición de la precipitación acuosa:
La cantidad de agua de lluvia precipitada se mide por medio de los pluviómetros. Su unidad de medida es en milímetros, aunque para fines arquitectónicos es mas útil expresarlo en litros por metro cuadrado, donde un milímetro de precipitación equivale a un litro por metro cuadrado
Escarcha.
La escarcha es el resultado de la precipitación de gotas de agua sobre-fusionadas que al entrar en contacto con alguna superficie sólida se congela bruscamente sobre ella, formando una capa de pequeños cristales de hielo con inclusión de aire.

Para que se presente la escarcha es necesario que se cumplan tres condiciones, primero que exista niebla o bruma, que la temperatura este por debajo de 0 °C, y que el punto de rocío esté por debajo del de congelación.
Nieve.
La nieve se forma en nubes que estan constituidas por cristales de hielo y agua super-enfriada. Los cristales del hielo funcionan como núcleos higroscópicos a los cuales se les adhiere el agua, formando una capa que se congela y se agrega a la estructura cristalina. Esta mezcla hace que el cristal de hielo se coagule y se convierta en cristales o copos de nieve. Si la temperatura de las capas superficiales de aire se encuentran por debajo del punto de congelación (0 °C) y sobre todo por debajo de -5 °C, los copos de nieve alcanzan el suelo; de lo contrario la nieve se fusiona en el aire y alcanza el suelo en forma de lluvia.
Si sucediera lo contrario, es decirsi la precipitación es lluvia que pasa por capas de aire frío, ésta alcanzara el suelo en forma de cellisca o agua nieve. La nieve generalmente proviene de nubes de tipo: Altoestratos, Nimboestratos, Estratocumulos y Cumulonimbos.
Medición de la nieve:
La nieve precipitada puede medirse de dos maneras: la primera consiste en contar con una mesa de nieve o plataforma horizontal sobre la cual se mide directamente la altura de nieve precipitada. La segunda es por medio de los pluviómetros, o en este caso llamados nivómetros, los cuales definen la cantidad de nieve, en función de la cantidad, en milímetros, de agua producida por la fusión. En términos generales, se requiere de 25 mm de nieve para producir 1 mm de agua, aunque esta relación puede variar desde 5 hasta 50 mm, dependiendo de la densidad de la nieve.
Algunos términos utilizados para expresar la precipitación de nieve son: nevada, nevasca, nevazo; mientras que el temporal de nieve se le define como nevazón.
Granizo
El granizo es precipitación en forma sólida de cristales de hielo resultado de una fuerte actividad convectiva del aire, generalmente dentro de la misma nube. Los cristales de hielo se precipitan, pero en su caída son elevados bruscamente por masas ascendentes de aire. Al subir, gotas de agua super-enfriada se adhieren a los cristales de hielo, congelandose al contacto. Este fenómeno se da en repetidas ocasiones, de tal forma que cada granizo estara formado por capas concéntricas sucesivas.
Cuando el granizo es lo suficientemente grande y pesadopara vencer a las fuerzas convectivas del aire, se precipita hasta alcanzar el suelo, aunque, igual mente que con la nieve, el granizo puede llegar a fusionarse cuando las capas inferiores del aire se encuentran por arriba de los 0 °C.
El granizo tiene normalmente entre 5 y 50 mm de diametro y proviene de las nubes Cumulosnimbos. La forma de medirlo es igual al utilizado para la nieve.
Cuando la precipitación de granizo es abundante se le denomina granizada, y cuando los granizos tienen mas de 50 mm se les denomina pedrea o pedrisco.

METEOROS DINAMICOS O DEL AIRE
Presión atmosférica.
La presión atmosférica en un punto dado es el peso de una columna de aire que se eleva verticalmente desde un punto dado hasta el límite superior de la atmósfera, en otras palabras, la presión es la fuerza que ejerce el aire sobre una cierta unidad de area, por lo tanto la presión depende de la altitud del lugar.
Ahora bien, como el espesor de la atmósfera varía dependiendo de la latitud (siendo la troposfera mayor en el ecuador y menor en los polos), y como la aceleración de la fuerza de la gravedad también varía, siendo mayor en los polos (983.208 cm/s2) y menor en el ecuador (978.036 cm/s2), la presión atmosférica media a nivel del mar se toma en la latitud 45°, siendo su valor igual a: 1,013.25 mbar; 1.033 kg/cm2 o 760 mm Hg. (la aceleración de la fuerza de la gravedad en la latitud 45° es de 9.80665 m/s2)
La circulación de las masas de aire, sobre todo las descendentes y ascendentes, así como otros fenómenos atmosféricos,ocasionan aumentos o depresiones que hacen variar los valores teóricos de la presión atmosférica. En términos generales, el tiempo empeora si la presión baja a menos de 1,013.25 mbar, y por el contrario el tiempo mejora si la presión sube de este valor. (a nivel del mar).
Para determinar la presión atmosférica de cualquier punto, intervienen varios factores. Como se mencionó anteriormente, la aceleración de la gravedad es un factor importante, pero también el «peso» de la atmósfera depende de la temperatura, y por lo tanto densidad del aire, así como también por las masas ascendentes o descendentes de aire en movimiento, sin embargo, para estimar la presión teórica, sin considerar movimientos de aire o viento, se puede emplear la ecuación hidrostatica:
-DP = r g Dh
-( P1-P2 ) = r g ( h1 – h2 )
Por lo tanto:
P2 = r g (h1 –h2) + P1
donde:
P1 = presión atmosférica de un punto 1 (Pa)
P2 = presión atmosférica de un punto 2 (Pa)
r = densidad media del aire (aprox. 1.2 kg/m3)
g = aceleración gravitacional media (m/s2)
h1 = altitud del punto 1 (m)
h2 = altitud del punto 2 (m)
La presión influye también en el comportamiento térmico de los fluidos, ya sea el aire o el agua. Se presenta a continuación una tabla que muestra las presiones atmosféricas medias a distintas altitudes y el punto de ebullición del agua:

Altitud Presión Densidad Punto
Atmosférica del aire de ebullición
(m) (mbar) (kg/m3) (°C)
0 1,013.2 1.225 100.0
500 954.6 1.167 98.3
1,000 898.8 1.112 96.7
1,500 845.6 1.058 95.0
2,000 795.0 1.00793.4
2,500 746.9 0.957 91.7
3,000 701.2 0.909 90.0
Medición de la presión atmosférica:
El instrumento que se utiliza para medir la presión atmosférica es el barómetro.
Unidades de medición:
La unidad utilizada convencionalmente en meteorología como unidad de presión atmosférica es el milibar (mbar), que equivale a 100 Pascales (Pa), y a 0.75006 mm de Hg (milímetros de columna de mercurio). En la actualidad la presión atmosférica debe expresarse en kilo Pascales (kPa).
Ejercicio:
Determinar la presión atmosférica a 2,308 msnm, en la latitud 19.2° Considerando una temperatura media anual de 15.6 °C y una densidad de aire de 1.059 kg/m3.
Utilizando la ecuación hidrostatica:
datos:
h1 = 0 m (nivel del mar)
P1 = 101,325 Pa
h2 = 2,308 msnm
P2 = ?
g = 9.779 m/s2
r = 0.930 kg/m3
P2 = r g (h1 –h2) + P1
P2 = (0.930 * 9.779 * (0 - 2,308)) + 101,325
P2 = 80,334 Pa
P2 = 803.34 hPa (mbar)
ESTIMACIÓN DE DATOS CLIMATOLÓGICOS
Dentro de la metodología de diseño bioclimatico, uno de los primeros pasos es la elaboración del analisis climatológico. Desgraciadamente es común que para muchas localidades, no se encuentren los datos climaticos necesarios. Esto se debe a que la información no es accesible, confiable o es inexistente. Ante esta situación es necesario hacer estimaciones o interpolaciones para generar datos que permitan el analisis y la definición de estrategias de diseño.

ESTIMACIÓN DE LA TEMPERATURA
El primer parametro, y mas importante, es la estimación de la Temperatura (°C). Esta estimación se basaen el gradiente térmico atmosférico, es decir, en el grado en que la atmósfera va disminuyendo de temperatura en función de la altitud. El gradiente térmico promedio es de 6.4 °C por cada 1,000 metros de altitud. Sin embargo para determinar el gradiente térmico particular de una región, es necesario contar con los datos de altitud y temperaturas de dos puntos conocidos. Esto quiere decir que la estimación de la temperatura de una localidad se hara a partir de los datos conocidos de temperatura de otras dos poblaciones.
Es obvio que existen muchos factores que determinan la temperatura de una región, ademas de la altitud, por tal razón y con el fin de reducir las variables que pudieran afectar la estimación, es necesario tomar en cuenta las siguientes consideraciones: Las localidades conocidas que se van a utilizar para calcular el gradiente térmico deben estar situadas aproximadamente en la misma latitud, deben estar ubicadas en la misma región geografica, y deben contar con una diferencia en altitud suficiente. De tal forma el gradiente térmico entre ambas localidades de referencia se encuentra por medio de la siguiente fórmula (García, E. 1986):
Gtr = Dt / Dh
donde:
Gtr = Gradiente térmico regional
Dt = Diferencia de temperatura entre las dos localidades
Dh = Diferencia de altitud entre las dos localidades
Una vez conocido el gradiente térmico regional ya se puede estimar la temperatura de cualquier lugar situado dentro de la misma zona entre las dos altitudes definidas. Para ello el siguiente paso esdeterminar la temperatura por gradiente térmico para una determinada diferencia de altitud; en este caso entre cualquiera de las ciudades de referencia y la localidad en estudio:
Temperatura por gradiente térmico (Tgt) = Dh x Gtr
Evidentemente, si la localidad donde queremos estimar la temperatura esta ubicada en una altitud mayor que la localidad de referencia, la temperatura sera menor, y por lo tanto la temperatura por gradiente térmico debera restarse a la temperatura de la ciudad de referencia. En caso contrario, si la localidad esta por debajo que la localidad de referencia, la temperatura debera ser mayor y por lo tanto, esta temperatura por gradiente térmico debera sumarse.
Lugar mas elevado:
Temperatura estimada = Temperatura de referencia - Tgt
Lugar mas bajo:
Temperatura estimada = Temperatura de referencia + Tgt

ESTIMACIÓN DE LA HUMEDAD RELATIVA
El siguiente parametro es la Humedad Relativa (%), la estimación se hace a partir de los datos de temperatura mínima y media de la localidad, datos estimados con anterioridad. El algoritmo que se describe a continuación fue el desarrollado por el Doctor Adalberto Tejeda2
Los datos normalizados para algunas ciudades, principalmente aquellas que cuentan con observatorio meteorológico, si dan la humedad relativa media. Si se introducen en los algoritmos de Humedad Relativa maxima y mínima, los datos reales de temperaturas y Humedad Relativa media, los resultados seran mas precisos.
Humedad Relativa Media (%)
((7.517268 + 0.084757 Tm + 0.03727 Tm2 - 0.001755 Tm3+0.000193 Tm4 - 0.000005 Tm5) /
(6.115 + 0.42915 T + 0.014206 T2 + 0.0003046 T3 + 0.0000032 T4)) * 100
Humedad Relativa Maxima (%)
(2HR - (((HR/100)*(6.115 + 0.42915 T + 0.014206 T2 + 0.0003046 T3 + 0.0000032 T4))) /
(6.115 + 0.42915 TM + 0.014206 TM2 + 0.0003046 TM3 + 0.0000032 TM4)))*100)
Si HRM >100, entonces HRM = 100,
Humedad Relativa Mínima (%)
(((HR/100)*(6.115 + 0.42915 T + 0.014206 T2 + 0.0003046 T3 + 0.0000032 T4))) /
(6.115 + 0.42915 TM + 0.014206 TM2 + 0.0003046 TM3 + 0.0000032 TM4)))*100)
Si HRM >100, entonces RHm = 2HR-100
donde:
T = Temperatura media
Tm = Temperatura mínima
TM = Temperatura maxima
HR = Humedad relativa media
HRm = Humedad relativa mínima
HRM = Humedad relativa maxima



ESTIMACIÓN DE PARAMETROS PSICROMÉTRICOS
A partir de los datos conocidos de temperatura y humedad es posible calcular los demas parametros relacionados con la psicrometría del aire. Los algoritmos psicrométricos que se presentan son los descritos por Steven Szokolay (Szokolay, Docherty. 1999).
La presión de vapor en el punto de saturación, es decir para una humedad relativa de 100%, para cualquier temperatura (TBS o TBH) se puede estimar mediante la ecuación de Antonine:
pvs = 0.133322 * exp (18.6686-4030.183/(235+T))
donde:
pvs = Presión de vapor -de saturación- (kPa)
T = Temperatura (°C)
De tal forma, la humedad de saturación (absoluta) se puede determinar mediante:
HS = 622 * pvs / (pt – pvs)
donde:
HS = Humedad de saturación – absoluta- (g/kg)
pvs = Presión de vapor –de saturación- (kPa)pt = Presión total –atmosférica- (101.325 kPa)
Debido a que la Humedad Relativa es igual a:
HR = (HA / HS)*100 = (pv / pvs)*100
Entonces, la presión de vapor o humedad absoluta para cualquier Humedad Relativa puede obtenerse despejando la fórmula anterior correspondiente, es decir:
HA = HS * HR/100
pv = pvs * HR/100
donde:
HA = Humedad absoluta (g/kg)
pv = Presión de vapor (kPa)
HR = Humedad Relativa (%)

Si se conoce la presión de vapor para un punto dado (pv), entonces la humedad absoluta puede determinarse por medio de la ecuación:
HA = 622 * pv / (pt – pv)
donde:
HA = Humedad absoluta (g/kg)
pvs = Presión de vapor (kPa)
pt = Presión total –atmosférica- (101.325 kPa)


Otro parametro importante que se debe conocer es la temperatura de bulbo húmedo. Recordemos que la temperatura de bulbo seco (TBS) y la temperatura de bulbo húmedo (TBH) son iguales en el punto de saturación, es decir al 100% de humedad relativa. Para cualquier otro punto, la temperatura de bulbo húmedo se puede determinar mediante la siguiente ecuación:
TBH = 7.5+0.9*(TBS-10) + (HR-70)/30*(2.75+0.1*(TBS-10))
donde:
TBH = Temperatura de bulbo húmedo (°C)
TBS = Temperatura de bulbo seco (°C)
HR = Humedad Relativa (%)


ESTIMACIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
En ocasiones no se cuenta con la presión atmosférica de una localidad. La presión es un factor importante que afecta a todos los parametros psicrométricos.
La presión atmosférica depende de dos factores principales: la aceleración gravitacional y la densidad del aire; Elprimero de ellos, esta determinado por la latitud y altitud, el segundo por la composición y temperatura del aire, y también por la altitud. Existen fórmulas complejas para determinar la presión en función de todas estas variables, sin embargo es posible usar la siguiente fórmula que da una aproximación aceptable:
pt = 1013.25 * exp(-0.0001184 * Alt)
donde:
pt = Presión atmosférica -total- (hPa)
Alt = Altitud (msnm)

Es muy importante, que el arquitecto o diseñador cuente con las herramientas necesarias para la estimación de datos climatológicos, y así poder definir las estrategias de diseño y conceptos arquitectónicos mas adecuados para aquellas localidades en donde no se cuenta con datos climaticos.
Desde luego los algoritmos que aquí se presentan deben usarse únicamente en aquellos casos en donde no existen datos medidos o cuando fue imposible conseguir la información. Es lógico suponer que en estos calculos existe un margen de error debido a que existen variables ambientales o climaticas que no son consideradas. Los datos estimados deben tomarse con la respectiva cautela y en todo caso estar conscientes de las decisiones de diseño que de ellos se desprendan.
Como parametro comparativo se presenta la siguiente tabla comparativa entre los datos de las Normales Climatológicas para Río Verde S.L.P. y los datos estimados en el ejemplo:
PARAMETRO Real Estimado Diferencia
Temperatura Maxima 28.5 28.05 0.45
Temperatura Media 20.9 21.45 0.55
Temperatura Mínima 14.7 14.85 0.15


GEOMETRÍA SOLAR

Desde unprincipio el hombre primitivo distinguió los fenómenos causados por los dos principales movimientos de la tierra; el primero, el día y la noche, segundo, los cambios estacionales. Con este incipiente conocimiento de la trayectoria solar el hombre empezó a explicarse, de una u otra forma, el comportamiento del universo. Muy pronto el hombre adquirió conocimientos profundos acerca de la trayectoria solar y con estos aprendió a medir el tiempo. Así pudo distinguir las épocas de siembra y cosecha, aprendió a construir sus viviendas aprovechando eficientemente la energía e incluso aprendió a conocer el movimiento de las estrellas y planetas, logrando predecir con extraordinaria precisión numerosos fenómenos astronómicos.
Claros testimonios de este conocimiento los son STONEHENGE (1840 A.C.) y la piramide de KUKULCAN (Chichén Itza 900-1250 D.C.). Las primeras aplicaciones practicas del conocimiento de la trayectoria solar se dieron en la medición del tiempo, a través de los relojes solares, usados desde tiempos muy remotos por los babilonios (700 años A.C.) y altamente perfeccionados por los griegos y los romanos a principios de la era cristiana. Posteriormente, basados en un gran conocimiento gnomónico, se desarrollaron cartas solares, de tal forma que para principios del siglo XVII se contaba ya con diagramas solares de alta precisión, sin embargo la aplicación de la geometría solar en el diseño arquitectónico se remonta por lo menos al siglo V A.C. en Grecia y en muchos casos de arquitectura vernacula en todo el mundo.
Lageometría solar es uno de los elementos mas importantes dentro del proceso de diseño arquitectónico ya que a través del conocimiento del comportamiento de la trayectoria de los rayos solares, tanto en su componente térmica como lumínica, lograremos dar la óptima orientación al edificio, la mejor ubicación de los espacios interiores de acuerdo a su uso, y podremos diseñar adecuadamente las aberturas y los dispositivos de control solar, logrando efectos directos de calentamiento, enfriamiento e iluminación, traducibles en términos de confort humano.
Ademas, debemos considerar que es el sol, indirectamente, el que determina todas aquellas condiciones ambientales que interactúan entre sí para definir todas las características del medio ambiente natural; sin olvidar que la arquitectura esta determinada por éste medio ambiente.

Como lo menciona E. Tedeschi1: “Debe reconocerse que el clima ha influido profundamente en la arquitectura, no solo planteando al arquitecto y al urbanista requerimientos diferentes de acuerdo con los diferentes paisajes -y por lo tanto imponiendo soluciones funcionales, técnicas y formales diversas-, sino también de un modo mas directo, contribuyendo a la formación de las tipologías tanto generales como particulares, tanto funcionales como formales”
El presente capítulo tiene por objetivo mostrar los distintos métodos de analisis de la trayectoria solar mas conocidos, así como su aplicación directa en el diseño arquitectónico; algunos presentan ventajas sobre otros, ya sea por su facilidad detrazo, por la sencillez en la determinación de la posición de los rayos solares o por la aplicación de los datos manejados. Sin embargo, todos tienen una utilidad practica dentro del proceso de diseño, son herramientas al alcance del diseñador que le sirven para lograr el confort humano en sus edificaciones, haciendo un uso mas eficiente de la energía; sin embargo, es necesario no olvidar que la geometría solar es solo uno de los muchos factores que el arquitecto debe manejar en su actividad de coordinación y síntesis.
El arquitecto debe concientizar su verdadero compromiso con la sociedad; el de crear espacios habitables para el hombre, espacios que deben responder a las exigencias funcionales impuestas por los usuarios y sus actividades, satisfaciendo sus necesidades físicas, mentales y espirituales, integrandolo a su medio ambiente natural, artificial, integrandolo también socialmente con sus semejantes, contemplando aspectos económicos e incluso políticos y sin olvidar que “su trabajo alcanza real valor de arquitectura solo cuando el edificio posee una calidad estética ”2.

EL SOL Y LA TIERRA
El Sol es la estrella mas próxima y el centro de nuestro sistema solar planetario. Tiene una edad estimada en por lo menos 4.700 millones de años. El Sol es una esfera gaseosa formada principalmente por Hidrógeno y Helio (92.1 % de Hidrógeno, 7.8 % de Helio y el restante 1 % de otros elementos) que gira sobre su propio eje completando un periodo de rotación cada 26.8 días (ecuatorial)3 con una velocidad de 2 km/s y setraslada a un punto llamado Apex, en la constelación de Hércules4 a una velocidad de 19.7 km/s
La energía solar es obtenida en el núcleo a partir de la fusión nuclear del Hidrógeno. Se requieren cuatro atomos de Hidrógeno para formar un atomo de Helio, en ésta transformación el 0.7 % de la masa de un núcleo de Hidrógeno se convierte en energía radiante, es decir, que si la reacción termonuclear convierte unos 564 millones de toneladas de Hidrógeno en 560 de Helio cada segundo, aproximadamente 4.0 millones de toneladas son convertidas en energía radiante5, lograndose temperaturas en el Coro o núcleo solar de 15 E06 °K. (millones de grados Kelvin). Se estima que la cantidad de Hidrógeno disponible terminara por agotarse dentro de 5 o 6 millones de años.

Aspectos cuantitativos de la energía solar:
La energía solar llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética extendiéndose desde los rayos ultravioleta, de 200 nm de longitud de onda, hasta ondas infrarrojas de 3000 nm de longitud; sin embargo el maximo de radiación se da a los 500 nm. (Un nanómetro nm = 1 E-09 m)6 .
La intensidad de radiación solar que incide sobre una superficie normal a los rayos solares fuera de la atmósfera terrestre a la distancia promedio del sol a la tierra (149,597,870 km, una unidad astronómica7 ) es llamada constante solar (Isc). Después de muchos estudios se ha llegado a la conclusión de que el valor mas probable de la constante solar es 0.137 W/cm2 (W.M.O. 1980) con un rango de error de ± 1.5 % 8
La mayor parte de las variaciones enla constante solar tienen lugar en la porción de ondas cortas del espectro solar, estas variaciones dependen del grado de actividad solar, ya que aparentemente existe una correlación significativa entre los cambios de la constante y el tamaño, posición y frecuencia de las manchas solares.
Las principales variaciones de intensidad de radiación y temperatura del aire que experimentamos en la tierra son debidas a la naturaleza ligeramente elíptica de nuestra órbita alrededor del sol y a la inclinación del eje de rotación terrestre con respecto al plano orbital o eclíptica (23.45°) (Oblicuidad media de la eclíptica = 23° 26’ 21.488”)
La órbita terrestre, de 924’375,700 km., es casi circular (0.01671022 de excentricidad)9 , sin embargo, describe una elipse aparente dentro de la cual el sol esta ligeramente descentrado, de tal forma que la distancia mas próxima de la tierra al sol, o distancia perihélica, es de 147.1 millones de km., mientras que la distancia mas lejana, o distancia afélica, es de 152.1 millones de km.10
La Tierra pasa actualmente por el punto del perigeo (punto de la órbita a la distancia perihélica) el 1° de enero, y pasa por el apogeo (punto de la órbita a la distancia afélica) el 1° de julio.
Debido a que la intensidad de la radiación solar varía inversamente con el cuadrado de la distancia del sol, la intensidad de incidencia normal sobre una superficie extraterrestre (Io) varía de 0.1427 W/cm2 el 1° de enero a 0.1355 W/cm2 el 1° de julio. 11.
GENERALIDADES DE LA GEOMETRÍA SOLAR
La tierra tienevarios movimientos, pero sólo dos de ellos son significativos; El primero es el movimiento de translación orbital alrededor del sol que transcurre en un año solar de 365d 5h 48m 45.19s con una velocidad orbital media de 107,229 km/h. El segundo es el movimiento de rotación que transcurre en un día solar medio de 23h 56m 4.0989s a una velocidad de 465 m/s.

Como ya se mencionó anteriormente, el plano que contiene a la órbita terrestre se denomina PLANO DE LA ECLIPTICA, este plano forma un angulo de 23° 26’ 21.448’’ (23°27’) con respecto al ecuador terrestre y de 66° 33’ 38.5’’ (66°33’) con respecto al eje de rotación. Debido a que la inclinación del eje de rotación siempre es paralelo a sí mismo a lo largo de su desplazamiento orbital, los rayos solares inciden perpendicularmente sobre la superficie terrestre en un punto distinto cada día del año.
El angulo de maxima declinación positiva, es decir, el angulo maximo que se da en el hemisferio norte entre el rayo solar y el ecuador es de +23°27’ y se presenta el día 21 de junio; a esta fecha se le conoce como SOLSTICIO DE VERANO, mientras que a la latitud geografica en este punto se le conoce como TRÓPICO DE CANCER.
Nótese que en esta fecha el polo norte recibe los rayos solares, mientras que el polo sur esta en oscuridad. El angulo de maxima declinación negativa, es decir, el angulo maximo que se da en el hemisferio sur entre el rayo solar y el ecuador es de -23°27’ y se presenta el día 21 de diciembre; a esta fecha se le conoce como SOLSTICIO DE INVIERNO mientras que a lalatitud geografica en este punto se le conoce como TRÓPICO DE CAPRICORNIO. En esta fecha el polo sur recibe los rayos solares mientras que el polo norte esta en oscuridad.
Existen dos puntos en los cuales los rayos solares inciden perpendicularmente sobre el ecuador, es decir con una declinación igual a 0°; el primero se da el 21 de marzo y se conoce con el nombre de EQUINOCCIO DE PRIMAVERA. El segundo se da el 23 de septiembre y se conoce como EQUINOCCIO DE OTOÑO.
Son éstas variaciones del angulo de incidencia de los rayos solares sobre la superficie terrestre las que determinan las distintas duraciones del día y la noche a lo largo del año, un calentamiento no uniforme de la superficie terrestre con altas diferencias de presión que originan desplazamientos atmosféricos compensatorios (el viento). Determinan también a las estaciones, a todos los factores ambientales naturales y a la vida misma.
Bóveda celeste
Para fines practicos de la geometría solar debemos partir del supuesto movimiento del sol alrededor de la tierra, de hecho el fenómeno sería idéntico al real, debido al caracter relativo del movimiento de la tierra con respecto al sol.
En éste caso, un observador sobre una superficie plana llamada horizonte, vería el desplazamiento del sol describiendo órbitas circulares paralelas, a lo largo de todo el año, sobre una esfera transparente denominada bóveda celeste; donde cualquier rayo, sin importar la posición del sol, estara dirigido hacia el centro de la esfera. Estas trayectorias constituyen lo que seconoce como la RUTA DEL SOL vista por un observador desde la tierra.
Al punto vertical mas alto de la bóveda celeste imaginaria se le denomina CENIT y al punto equidistante diametralmente opuesto, NADIR.

Para localizar un punto sobre la superficie terrestre se emplean las dos coordenadas llamadas geograficas o terrestres: LATITUD Y LONGITUD. Latitud de un lugar es el angulo que forma la vertical del lugar con el plano del ecuador, se cuenta de 0° a 90° del ecuador hacia los polos y puede ser positiva o negativa, según que el lugar se encuentre en el hemisferio norte o en el hemisferio sur.
Longitud de un lugar es el angulo diedro que forman el meridiano que pasa por el lugar con otro meridiano que se toma como origen; se cuenta de 0° a 180° y puede ser oriental u occidental según que el lugar de encuentre al este u oeste del meridiano de origen.
Todos los puntos que se encuentran en un mismo paralelo tienen igual latitud; todos los puntos que se encuentran en un mismo semimeridiano tienen igual longitud.12 Para localizar al Sol, o a cualquier astro, en la bóveda celeste se emplean las coordenadas llamadas horizontales o celestes, por medio de las cuales se refiere su posición al plano del horizonte y al meridiano del observador, éstas son: ALTURA y ACIMUT.

ALTURA es el angulo formado por el rayo solar, dirigido al centro de la bóveda y el plano del horizonte, se mide a partir del plano del horizonte hacia el cenit, de 0° a 90°.

ACIMUT es el angulo diedro formado por el plano vertical del rayo solar con el planodel meridiano del observador, dicho en otras palabras, es el angulo formado por la proyección del rayo solar sobre el horizonte con el eje norte-sur verdadero. En términos de arquitectura bioclimatica (en el hemisferio norte) se mide a partir del sur y puede ir de 0° a 180° hacia el este u oeste.
Estas dos coordenadas celestes constituyen los datos basicos para cualquier estudio de asoleamiento en el diseño arquitectónico o cualquier otra aplicación en que se precise conocer la posición del Sol en un momento determinado. 13
Métodos de analisis
Existen tres formas de conocer y analizar el comportamiento solar. La primera es a través de métodos graficos, que de hecho son los mas practicos para los arquitectos, ya que a pesar de que no proporcionan información precisa o exacta, sí se presentan en forma clara, facilmente traducible en términos de diseño y con la aproximación necesaria para los fines arquitectónicos. Encontramos varios tipos de diagramas, cada uno de ellos con distinta finalidad; diagramas de trayectoria y posición solar: diseño, analisis y evaluación de sistemas y dispositivos de control, orientación y ubicación de los espacios, analisis de obstrucciones etc. y diagramas para la estimación cuantitativa de la energía solar.
La segunda es a través de métodos matematicos, los cuales nos proporcionan información precisa, utilizada principalmente para fines técnicos como lo son: balances de energía, analisis y evaluación de materiales constructivos y su transferencia térmica, diseño de sistemas y dispositivossolares activos, etc.
La tercera es a través de modelos físicos de simulación; maquetas y heliodones, que nos dan únicamente una visión cualitativa del comportamiento del edificio.

Grafica solar de proyección ortogonal
La grafica solar ortogonal es la representación de la bóveda celeste y la trayectoria solar en geometral o montea biplanar. En ella podemos localizar facilmente la posición del Sol, o la trayectoria del rayo solar a cualquier hora y en cualquier día del año, es decir, que podemos conocer los valores de los angulos de acimut y altura solar.
Existen dos formas de trazar la montea solar: la primera es a través de una proyección esférica, es decir, la proyección de la bóveda celeste con la trayectoria solar descrita sobre ella.
La segunda es a través de la proyección cilíndrica. Este método de trazo simplificado fue desarrollado por el Arq. Miguel Bertran de Quintana14 en 1937, y consiste en prolongar la trayectoria solar a un cilindro tangente a la esfera celeste; Con esto se consigue que el trazo de las horas, tanto en la proyección vertical como en la horizontal, se resuelva con líneas paralelas.
En ambos métodos la lectura del acimut es directa en la proyección horizontal, sin embargo para poder hacer una lectura correcta del angulo de altura, en la proyección vertical, es necesario hacer un giro del rayo solar a fin de verlo en verdadera forma y magnitud.

La ventaja del método ortogonal es que la trayectoria solar esta representada en el mismo lenguaje en que se expresan los planosarquitectónicos, es decir, planta, alzado o fachada y perfil o corte; de tal forma que podemos correlacionar en forma grafica directa la trayectoria solar y los distintos elementos arquitectónicos
A través de este método podemos hacer analisis directos de sombras y penetraciones solares y lo que es mas importante, podemos diseñar dispositivos de control solar con solo transportar las proyecciones de los rayos solares a las plantas, cortes y alzados de los elementos arquitectónicos. Para ello es necesario únicamente tener conocimientos elementales de geometría descriptiva.

Grafica solar de proyección estereografica
La proyección estereografica es una representación de la trayectoria solar basada en la proyección ortogonal, que consiste en trasladar la ruta del sol, descrita sobre la bóveda celeste, sobre el plano del horizonte.
El procedimiento consiste en proyectar cada uno de los puntos hacia el nadir de la esfera celeste; en la intersección de las líneas de proyección con el plano horizontal quedan definidas las proyecciones estereograficas de estos puntos. Este método tiene la ventaja de no producir distorsión en el contorno de la grafica, debido a que no es una proyección ortogonal, sino una representación “plana” de la trayectoria solar. La lectura de los angulos de acimut y altura solar se facilita ya que se encuentran concentrados en una misma carta.
Esta grafica es muy útil para el estudio de sombras, para el analisis y evaluación de dispositivos de control solar y para tomar decisiones sobre la orientación del edificioy ubicación de los espacios, ya que sobre ella pueden sobreponerse diagramas de sombreado, diagramas energéticos de radiación o iluminación, o simplemente expresar sobre ella los rangos y variaciones de temperatura ambiente de la localidad en estudio.

Grafica solar de proyección equidistante
Este tipo de proyección es muy similar a la proyección estereografica y de hecho sus usos y aplicaciones son los mismos, sin embargo difieren en su trazo, ya que ésta proyección consiste simplemente en la graficación de las coordenadas celestes, altura solar y acimut, sobre un sistema de graficación de ejes polares.
Dos ejes perpendiculares representan los puntos cardinales N-S-E-O, los cuales sirven de referencia para ubicar los angulos de acimut, mientras que círculos concéntricos equidistantes definen los angulos de altura solar.



Proyección sobre ejes cartesianos
Este método consiste simplemente en la graficación de las coordenadas celestes, altura solar y acimut, sobre un sistema de ejes cartesianos.
Se utiliza principalmente para estudiar las obstrucciones que provocan los elementos naturales o artificiales sobre el edificio o sobre el sitio de proyecto.

Proyección gnomónica
La proyección gnomónica es el origen de la graficación solar. La trayectoria del sol queda definida por la sombra que describe un gnomón o estilete sobre cualquier plano.
Su principal aplicación se da, desde luego, en los cuadrantes solares (relojes de sol), sin embargo en la actualidad se utiliza en modelos físicos de simulación, ya quea través de la sombra del gnomón proyectada y una maqueta, es posible reproducir o simular las condiciones de posición solar para cualquier hora, día y ubicación geografica. Esto nos permite hacer un estudio de sombras y un analisis o evaluación cualitativa de los dispositivos de control solar.

Cardioides de asoleamiento

Estas graficas se deducen de la “caja solar”, desarrollo del cilindro de la trayectoria solar de la grafica ortogonal de proyección cilíndrica, y expresan el tiempo de asoleamiento (en horas o porcentaje) que reciben las fachadas de un edificio en cada una de las orientaciones.

Es necesario remarcar que los cardioides no expresan cantidad de radiación, sino únicamente horas de sol que recibe una fachada, ya que la radiación incidente esta determinada por el angulo de incidencia del rayo solar con respecto a la fachada, mientras que el tiempo de asoleamiento no lo considera.

Mascarilla de sombreado

La mascarilla de sombreado es un diagrama que se utiliza para determinar las areas de sombra producidas por cualquier objeto dentro de la bóveda celeste.
Este diagrama esta formado por un semicírculo y líneas curvas convergentes a los extremos del eje diametral. Estas líneas resultan de bisectar a la bóveda celeste con planos inclinados a cada 10° de altura a partir del horizonte. Las líneas de intersección de la bóveda con los planos, graficadas estereografica o equidistantemente, conforman la mascarilla de sombreado. Líneas rectas radiales, dentro del semicírculo, determinan los angulosacimutales de los objetos obstructores, mientras que las líneas curvas convergentes determinan, obviamente, los angulos de altura.
Este diagrama sobrepuesto a la grafica solar estereografica o equidistante nos permite determinar graficamente las horas día-mes en que se cuenta con radiación solar incidente sobre una fachada totalmente expuesta o con dispositivos de control solar, en éste último caso podemos evaluar el grado de protección que ofrecen éstos elementos al edificio, cuantificando y cualificando la sombra que proyectan sobre la fachada o aberturas.
Partiendo de un modo inverso, nosotros podemos diseñar los dispositivos de control si establecemos el grado de protección conveniente, es decir, la cantidad y calidad de sombra que se necesita proyectar sobre el edificio en las distintas épocas del año, dependiendo no solamente de los angulos de incidencia solar, sino también de las condiciones ambientales del sitio en estudio.

PROYECCIÓN GNOMÓNICA.

Un indicador gnomónico es en realidad un reloj solar, pero en lugar de ser utilizado para medir o leer el tiempo, se emplea para reproducir la posición celeste del sol para cualquier latitud, fecha y hora. De tal forma que colocado sobre una maqueta del edificio en analisis se puede simular una dirección predeterminada de los rayos solares. Esto nos permite estudiar las sombras proyectadas y las penetraciones solares que se dan en los distintos elementos arquitectónicos

HELIODONES O MAQUINAS SOLARES

Las maquinas solares son dispositivos que permiten simular elmovimiento aparente del Sol respecto a una maqueta arquitectónica.
Estos dispositivos pueden ser clasificados en tres grupos:
• De fuente luminosa fija y modelo arquitectónico móvil.
• De fuente luminosa móvil y modelo fijo
• De fuente luminosa y modelo movibles.

En todos éstos tipos de Heliodones los mecanismos de movimiento deben ajustar tres variables:
• Latitud, la cual define el angulo del rayo solar con relación a la localización geografica.
• Variación estacional, la cual define la declinación solar en un día dado.
• Variación horaria, la cual define el angulo horario del sol en cualquier momento del día.
Existen muchos tipos de heliodones con ligeras variaciones entre sí, por lo que mencionaremos únicamente los principales.

HELIODÓN DE EJE VERTICAL

El heliodón de eje vertical esta formado por una plataforma con mecanismos giratorios horizontal y vertical, sobre la cual va fija la maqueta. El movimiento vertical inclinara a la plataforma simulando la latitud geografica, mientras que el giro horizontal establecera los angulos horarios. El simulador se completa con un poste vertical con una lampara deslizable, este movimiento de la lampara simulara la posición solar estacional.
La distancia del poste a la plataforma es previamente fijada en función del rango de desplazamiento de la lampara, desde luego, entre mayor distancia, el efecto focal de la lampara disminuira. De cualquier forma es conveniente utilizar una lampara de reflector parabólico a fin de proyectar rayos de luz paralelos y lograrmas veracidad en la simulación.

HELIOSCOPIO

Los helioscopios son dispositivos similares al heliodón de eje vertical, donde los mecanismos de movimiento se dan en la lampara, dejando a la maqueta fija horizontalmente.
Los helioscopios son mas ilustrativos, ya que la lampara, en sus distintos movimientos describe, con sus trayectorias circulares, la ruta aparente del sol sobre una bóveda celeste imaginaria; Lograndose así una simulación mas precisa.

TERMOHELIODON.

El Termoheliodón es un dispositivo de modelo fijo y fuente luminosa móvil desarrollado en la universidad de Princeton15. Este heliodón, junto con una serie de dispositivos adicionales esta conectado a una computadora, de tal forma que, ademas de establecer la posición celeste de sol también simula las condiciones climaticas ambientales.
A través de este mecanismo pueden analizarse:
• Sombras y penetraciones solares
• Radiación directa incidente sobre los distintos elementos arquitectónicos.
• Temperaturas ambientes e interiores.
• Humedades relativas ambiente e interiores.
• Efectos del flujo laminar de viento sobre el edificio.
• Flujos convectivos de aire debidos al calentamiento.
• Efectos del terreno sobre el patrón del viento, tanto laminar como convectivo.
• Conducción térmica de los materiales.
• Otros.

MODELOS MATEMATICOS

A través de los métodos numéricos podemos determinar las coordenadas solares en forma precisa. Para ello es necesario tener la ubicación geografica del sitio en analisis: Latitud (l) y Longitud (L), ytambién debemos definir el día del año (n) y la hora solar en que nos interesa determinar la posición solar.

Para fines del calculo, la hora solar debera expresarse en grados, del meridiano celeste del Sol respecto a la posición del medio día. El angulo horario (t) a las 12:00 h es igual a 00.00° (donde 1°= 4 minutos y 15°= 60 minutos). Matematicamente el angulo horario se define:
Para el tiempo a.m. el angulo horario es positivo y para p.m. es negativo, de tal forma que a las 11:00 h el angulo horario es igual a +15° mientras que a las 13:00 h es igual a -15°. De tal forma que el angulo horario queda definido por:
t = (12 - hora) 15
El primer paso en el calculo es determinar la declinación (d), la cual puede obtenerse a partir de la ecuación de Cooper:
d = 23.45° sen (360 ((284 + n)/365))
donde:
n es el número del día consecutivo del año.
Las coordenadas solares: altura (h) y acimut (z), quedan definidas por las siguientes ecuaciones:


Angulos de altura y acimut

Altura solar:
sen h = (cos l • cos d • cos t) + (sen l • sen d)

Acimut solar:
cos z = (sen h sen l- sen d) / (cos h cos l)

Haciendo uso de las expresiones anteriores puede calcularse la longitud del día, es decir, el tiempo de sol desde el orto hasta el ocaso. (haciendo h = 0)
w = 2 [arc cos (-tan l • tan d)]; (angulo horario)
o bien:
Duración del día = w / 15 ; (horas)
Mientras que el Orto y el Ocaso se definen por:
Orto:
w1 = +arc cos (tan l • tan d) ; (angulo horario)

O bien:
Orto = w1 / 15 ; (hora)
Ocaso:
w2 = -arc cos(-tan l • tan d) (angulo horario)
O bien:
Ocaso = (w2 / 15) + 12 ; (hora)

Donde:
Latitud (l) Altura solar (h)
Longitud (L) Acimut (z)
Día del año (n) Duración del día (w)
Declinación (d) Orto (w1)
Angulo horario (t) Ocaso (w2)

Una vez definidas las coordenadas solares, altura y acimut, es posible determinar el angulo de incidencia del rayo solar en relación a cualquier superficie inclinada con un angulo (S) respecto al plano horizontal, y una orientación (o) con respecto al sur. Este angulo de incidencia (q) queda definido como el angulo que se forma entre el rayo solar y la normal a la superficie.


Angulo de Incidencia

cos q = (cos h • cos C • sen S) + (sen h • cos S)
Donde:

q = angulo de incidencia
h = altura solar
C = angulo formado entre el acimut del rayo solar y la proyección horizontal de la normal de la superficie; u orientación de la fachada (o).
S = inclinación de la superficie con respecto al plano horizontal.
Si la superficie es vertical (fachada), entonces:
cos q= (cos h • cos C )
Todas las expresiones anteriores estan dadas en TIEMPO SOLAR VERDADERO. La relación entre el tiempo solar y el tiempo oficial o civil esta dada por la expresión:
TIEMPO SOLAR = TIEMPO OFICIAL + ET + 4 (L r - Lloc)
donde:
ET = Ecuación del tiempo
Lr = Longitud del meridiano de referencia horaria oficial
Lloc= Longitud del meridiano del lugar (local)

Meridianos de referencia horaria oficiales en la República Mexicana16. (hora legal)
Zona Localidad Meridiano de Referencia Meridiano deReferencia
ESTACIONAL NORMAL
1 Baja California Sur
Chihuahua 90 ° 105 °
Nayarit, y Sinaloa
2 Sonora 105 ° 105 °
3 Baja California 105 ° 120 °
Norte
4 Todas las demas 75 ° 90 °
Entidades Federativas

El horario de verano (Estacional) inicia el primer domingo de Abril y finaliza el último domingo de Octubre.
La ecuación del tiempo puede consultarse en el Anuario Astronómico Nacional o se puede calcular de manera aproximada mediante la fórmula de Spencer17 :
ET= ((0.000075 + 0.001868 cos (G) – 0.032077 sen (G)
- 0.014615 cos (2G) – 0.04089 (2G)) * 229.18
donde:
ET = Ecuación del Tiempo
G = Angulo diario (en radianes)
G = 2 p (n-1) / 365
donde:
n = número de día consecutivo de año (1-365)

BIBLIOGRAFIA

Fuentes Freixanet V. Arquitectura Bioclimatica

Garcia chavez, J.R., Fuentes V. Estrategias de Diseño Bioclimatico para la Ciudad de Mexico. D.F., 1991.

Garcia chavez J.R., Arquitectura, medio ambiente y desarrollo sustentable Mexico D.F., 1999.

REFERENCIAS

García M., Enriqueta. Apuntes de Climatología. Talleres Larios S.A. México, D.F. 1986
Tejeda, Adalberto. Programa para el calculo de la Humedad Relativa. Universidad Veracruzana, Xalapa Veracruz. México
Szokolay, Steven & Docherty Michael. Climate Analysis. PLEA, The University of Queensland Printery Brisbane, Australia. 1999
Normales Climatológicas. Dirección General del Servicio Meteorológico Nacional. 1941-1970 SARH. México, D.F. 1982
ASHRAE HANDBOOK 1993. Fundamentals. ASHRAE Atlanta, U.S.A. 1993