Capítulo 4 - Confort Térmico en Bioclima Semi-Frío: Estimación a partir de los Enfoques de Estudio Adaptativo y Predictivo

DIVISIÓN DE CIENCIAS Y ARTES PARA EL DISEÑO Especialización, Maestría y Doctorado en Diseño

CONFORT TÉRMICO EN BIOCLIMA SEMI-FRÍO: ESTIMACIÓN A PARTIR DE LOS ENFOQUES DE ESTUDIO ADAPTATIVO Y PREDICTIVO (Caso de estudio: Centro de Estudios de Educación Superior en Pachuca, Hidalgo)

Julio César Rincón Martínez Tesis para optar por el grado de Doctor en Diseño Línea de Investigación: Arquitectura Bioclimática Miembros del Jurado: Dr. Víctor Armando Fuentes Freixanet Director de tesis

Dr. Gonzalo Bojórquez Morales Codirector de tesis

Dr. Luis Gabriel Gómez Azpeitia Dr. Aníbal Figueroa Castrejón Dr. Juan José Ambriz García Dr. Juan Raymundo Mayorga Cervantes México D.F. Junio 2015 Tesis_Julio_Rincon_Junio_de_2015

CAPÍTULO

4

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ANÁLISIS CLIMÁTICO-BIOCLIMÁTICO DE PACHUCA, HIDALGO

ANÁLISIS CLIMÁTICO-BIOCLIMÁTICO DE PACHUCA, HIDALGO

4.

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4.1. Análisis climático Los datos para el presente análisis climático se obtuvieron, principalmente, de la Estación Meteorológica Automática (EMA) HI01-Pachuca 24, durante un periodo de registro de 13 años comprendido de 2000 a 2012 (Tabla 25). La estación meteorológica se ubica al este de la ciudad de Pachuca, Hidalgo (Figura 65) —coordenadas geográficas: latitud 20° 05' 49" N, longitud 98° 42' 51" W, altitud 2 423 msnm— y es dependiente del Servicio Meteorológico Nacional (SMN-CONAGUA).

Figura 65. Ubicación de la EMA HI01-Pachuca y del Observatorio Sinóptico de Pachuca respecto al ITP (Elaboración propia a partir de información del SMN-CONAGUA e imágenes de Google Earth).

De acuerdo con el sistema de clasificación climática de Köppen (García, 2004), el clima de la ciudad de Pachuca es BS 1 k’w(i')gw” (seco, con poca oscilación, tipo Ganges y con presencia de canícula en verano). Esta clasificación se interpreta de la siguiente manera: • BS 1 define al clima como seco (el menos árido de los BS) con un cociente Precipitación/Temperatura (P/T) mayor a 22,9 que, para la ciudad de Pachuca, se calcula en 24,12 de acuerdo con los datos anuales de temperatura y precipitación total. 24

En virtud de que la EMA HI01-Pachuca no cuenta con el registro de todas las variables climáticas aquí analizadas, fue necesario recuperar algunos datos climáticos normalizados del Observatorio Sinóptico de Pachuca, ubicado 5,6 km al NE del ITP (Figura 65).

260

261

--Continúa…

Tabla 25. Normales climatológicas (periodo 2000-2012) de la Estación Meteorológica Automática HI01-Pachuca, dependiente del Servicio Meteorológico Nacional (SMN-CONAGUA).

262

• k’ hace referencia a un régimen térmico templado, con verano fresco y largo. La temperatura media anual (14,3 °C) se ubica entre 12,0 °C y 18,0 °C; la media del mes frío (11,6 °C en enero) entre -3,0 °C y 18,0 °C; y, la media del mes cálido (16,7 °C en mayo) por debajo de 18,0 °C. • w indica que el régimen de lluvias es de verano a partir de por lo menos 10 tantos la precipitación del mes seco en el mes húmedo de la mitad caliente del año (abril a septiembre). Asimismo, este término refiere al porcentaje de lluvia invernal con respecto al total anual, el cual, para este clima, debe encontrarse entre el 5,0 % y 10,2 % (para la ciudad de Pachuca se calcula en 9,1 %). • (i’) refiere a la poca oscilación térmica presentada durante el año. La diferencia de temperaturas medias entre el mes cálido (mayo con 16,7 °C) y el mes frío (enero con 11,6 °C) resulta en 5,1 K25, valor comprendido entre los 5,0 K y 7,0 K considerados para esta clasificación. • g indica una marcha de temperatura tipo Ganges al presentar la temperatura mensual con mayor valor en mayo, antes del solsticio de verano (21 de junio). • w” hace referencia a la presencia de canícula 26 en los meses con régimen de lluvias de verano. En la ciudad de Pachuca se presenta un margen de precipitaciones ascendente y descendente regular durante los meses de verano; sin embargo, en julio se manifiesta una merma ligera con relación a las cantidades de lluvia de junio y agosto. De acuerdo con Fuentes (2004), es conveniente determinar, paralelamente con la clasificación climática de Köppen (García, 2004), la agrupación bioclimática del sitio en estudio, el cual pretende clasificar las localidades de acuerdo a sus requerimientos arquitectónicos y bioclimáticos con el fin de complementarse mutuamente con la primera clasificación climática mencionada desde una perspectiva de diseño arquitectónico (Fuentes y Figueroa, 1990). Para lo anterior, resulta necesario relacionar la temperatura media del mes cálido con la precipitación pluvial total anual. La primera determinará las condiciones de confort, alto calentamiento o bajo calentamiento para el periodo cálido del año, mientras que la segunda de-

25

De acuerdo con Fuentes (2011: 81), los intervalos en las escalas de Celsius y Kelvin son iguales, por lo que, por convención, los datos puntuales en la escala de temperatura se definen en grados Celsius (°C), mientras que la diferencia entre dos temperaturas (intervalos térmicos) se define en Kelvin (K).

26

Se llama canícula, sequía de medio verano o sequía intraestival a una pequeña temporada menos húmeda que se presenta en la mitad caliente y lluviosa del año; se manifiesta como una merma en las cantidades de lluvia de los meses veraniegos (García, 2004).

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terminará

De

los

requerimientos

de

humidificación o deshumidificación. La Tabla 26 muestra esquemáticamente la relación y los límites entre ambas variables climáticas encargadas de definir cada uno de los bioclimas locales según las condiciones ambientales del sitio en que se ubiquen. Con base en lo anteriormente descrito, la agrupación bioclimática local de la ciudad de

Tabla 26. Sistema de agrupación bioclimática local (Fuentes y Figueroa, 1990).

Pachuca corresponde al bioclima semi-frío seco, La

ya que la temperatura media del mes cálido (mayo) es 16,7 °C y la precipitación pluvial anual se

muestra en 345,2 mm, lo que representa un régimen de lluvias bajo.

4.2. Análisis paramétrico El análisis paramétrico consiste en analizar cada una de las variables climáticas presentadas en el lugar de estudio: temperaturas de bulbo seco y húmedo, humedad relativa, precipitación pluvial, presión atmosférica, radiación solar y viento, entre otros (Fuentes, 2004), con el fin de observar su comportamiento mensual y anual —durante un periodo de tiempo definido—, así como sus características principales para su aplicación, control y operación en el diseño de edificaciones arquitectónicas. Para ello, el análisis climático-bioclimático de esta investigación se llevó a cabo con la aplicación informática Bioclimatic Analysis Tool (BAT) 27 —desarrollada por Rincón y Fuentes (2014)—, debido a las características técnicas, de operación, manipulación (edición), procesamiento de datos, trazado de gráficos, modelado de resultados y facilidad de interpretación que ésta ofrece para tal fin. Para definir la Temperatura Neutra (Tn) de la ciudad de Pachuca, como primer acercamiento al tema de estudio, se ha empleado la ecuación lineal de Auliciems y Szokolay (1997) como referente de neutralidad y de rangos de confort térmico utilizados con mayor frecuencia y aceptabilidad en los estudios de confort térmico alrededor del mundo. La ecuación, que considera como única variable independiente a la temperatura media exterior, es la siguiente: 27

Para mayor referencia de la BAT, remitirse a https://www.academia.edu/8742067

264

• Tn= 17,6 + 0,31 T med

(16)

Donde: Tn = Temperatura neutra. T med = Temperatura media del periodo en estudio (mensual / anual).

Dadas las características semi-frías del sitio en estudio y lo señalado por Gómez-Azpeitia et al. (2007b) —referente a que la Tn no es una situación puntual y estricta bajo la cual las personas exclusivamente pueden experimentar confort térmico, sino que es la base para una posible amplitud (llamada zona o rango de confort) donde los individuos pueden estar en condiciones cercanas a dicha temperatura sin que adviertan malestar—, se ha determinado emplear el modelo de Auliciems y Szokolay (1997) para definir la Zona de Confort (ZC). Este modelo plantea aplicar una amplitud térmica de ± 2,0 K a ± 2,5 K sobre la Tn para periodos anuales, ya que entre mayor sea el tiempo de adaptación, el rango de confort es más amplio dado que en ese periodo pueden presentarse temperaturas extremas y, por ende, entre más reducido sea el periodo de adaptación, la oscilación de temperaturas será más estable, pues los extremos quedarían fuera de ese lapso. De esta manera, los Límites Superior e Inferior de la Zona de Confort (ZCs y ZCi, respectivamente) para la ciudad de Pachuca quedan definidos de la siguiente manera: • ZCs= Tn + 2,5K • ZCi= Tn - 2,5K 4.2.1. Temperatura La temperatura óptima de confort anual —Temperatura Neutra (Tn) o de Termopreferendum— es de 22,0 °C, con un rango aceptable (Zona de Confort) entre los 19,5 °C y 24,5 °C. La temperatura media (T med ) anual es de 14,3 °C; la media del mes cálido es de 16,7 °C en mayo y la media del mes frío es de 11,6 °C en enero. De acuerdo con la Figura 66, las Temperaturas Máximas (T max ) a lo largo del año —generalmente alrededor de las 15 h 00, horario solar (Fuentes, 2004) — se ubican dentro de la ZC, mientras que las T med y las Mínimas (T min ) de todo el año —generalmente alrededor de las 06 h 00, horario solar (Fuentes, 2004) — se encuentran por debajo de la ZC. Asimismo, las Temperaturas Máximas Extremas (T max

ext )

y Mínimas Extremas (T min

ext )

—presentadas

265

eventualmente a lo largo del periodo analizado— se encuentran fuera de la ZC al ubicarse por encima del ZCs y por debajo del ZCi, respectivamente. Se puede observar que únicamente las tardes a lo largo del año son las que ofrecen condiciones óptimas de confort, mientras que las noches, madrugadas y mañanas —de todo el año, de igual manera— son frías, con posibilidad de alcanzar temperaturas extremas cercanas a los 0,0 °C y, en algunos casos, temperaturas bajo 0,0 °C, principalmente en invierno.

Figura 66. Comportamiento mensual de las temperaturas máximas, media y mínimas frente a la ZC del modelo de Auliciems y Szokolay —5,0 K— (Gráfica elaborada a partir de datos climáticos procesados).

La oscilación de temperatura anual promedio es baja, corresponde a 5,1 K; mientras que la oscilación diaria promedio anual es extrema, corresponde a 12,5 K. Al observar los datos horarios de temperatura (Figura 67) se puede apreciar que en ningún momento se presentan condiciones de Sobrecalentamiento (SC) a lo largo del año —aunque las temperaturas extremas (históricas) demuestran que en casos aislados se han registrado temperaturas cercanas a los 30,0 °C—; no obstante, sólo el 21,5 % del tiempo se encuentra en condiciones de Confort (CF) térmico y un 78,5 % del año presenta condiciones de Bajo Calentamiento (BC) (Tabla 27).

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Figura 67. Arriba. Representación horaria de la temperatura promedio mensual y anual presentada durante el transcurso del día, a partir del Modelo de Auliciems y Szokolay (1997) —5,0 K—. A la Izquierda. Rangos de temperatura y simbología cromática que representan la intensidad térmica horaria durante un día mensual y anual. Al Centro. Recorrido horario de temperaturas mensuales. A la Derecha. Requerimientos anuales de enfriamiento o calentamiento para lograr la ZC (Gráficos elaborados apartir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

Comportamiento Térmico Temperatura

Total (%)

Sobrecalentamiento (SC)

0,0

Confort (CF)

21,5

Bajo Calentamiento (BC)

78,5

Tabla 27. Comportamiento térmico anual de acuerdo al rango de confort del modelo de Auliciems y Szokolay (1997) (Tabla elaborada a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

Con lo anterior, es posible concluir que cerca del 78,0 % del año presenta requerimiento de calentamiento y, sólo un 22,0 % del tiempo, presenta condiciones ideales de confort térmico, por lo que no representa requerimiento alguno. Los datos horarios muestran detalladamente el comportamiento térmico a lo largo del día (Figura 67). Con ello, se tiene que en: • Enero, julio, agosto y diciembre: Las condiciones de BC —inferiores a los 18,7 °C, 19,8 °C, 19,9 °C y 18,7 °C, respectivamente (ZCi de cada uno de los meses mencionados)— se presentan de las 18 h 00 a las 13 h 00 del día siguiente; con esto, las condiciones de confort térmico se perciben sólo durante cuatro horas al día (específicamente, en el transcurso de la tarde, de 14 h 00 a 17 h 00). • Febrero y junio: Las condiciones de BC —inferiores a los 19,2 °C y 20,1 °C, respectivamente (ZCi mensual de los periodos mencionados)— se presentan de las 19 h 00 h a las 12 h 00 del día siguiente; con esto, las condiciones de confort térmico dan lugar únicamente durante seis horas al día (de 13 h 00 a 18 h 00, concretamente). • Marzo: Las condiciones de BC —inferiores a los 19,7 °C— se presentan de las 20 h 00 a las 12 h 00 del día siguiente; con esto, las condiciones de confort térmico se perciben durante siete horas al día (específicamente, en el transcurso de la tarde, de 13 h 00 a 19 h 00). • Abril y mayo: Las condiciones de BC —inferiores a los 20,2 °C y 20,3 °C, respectivamente (ZCi de los meses mencionados)— se presentan de las 21 h 00 a las 11 h 00 del día siguiente; con esto, las condiciones de confort térmico dan lugar durante nueve horas al día (de 12 h 00 a 20 h 00, concretamente). • Septiembre, octubre y noviembre: Las condiciones de BC —inferiores a los 19,7 °C, 19,4 °C y 18,9 °C, respectivamente (ZCi de cada uno de los meses mencionados)— se presentan de las 17 h 00 a las 13 h 00 del día siguiente; con esto, las condiciones de

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confort térmico se perciben únicamente durante tres horas al día (específicamente, en el transcurso de la tarde, de 14 h 00 a 16 h 00). Además, de observar el comportamiento térmico horario anual, es posible apreciar que el trayecto de la temperatura a lo largo del día es parecido al de febrero y junio; es decir, las condiciones de BC se presentan de las 19 h 00 a las 12 h 00 del día siguiente, con lo que las condiciones de confort térmico sólo dan lugar de 13 h 00 a 18 h 00 en promedio, el equivalente a seis horas al día (Figura 67). Con lo anterior, resulta evidente que durante todo el año existen requerimientos de calentamiento cuyo objetivo es alcanzar condiciones de confort térmico en los horarios más críticos; no obstante, el periodo de mayor atención se centra de julio a enero, donde las condiciones de baja temperatura prevalecen en gran parte del día y donde es posible alcanzar temperaturas cercanas a los 5,0 °C durante las madrugadas. En este periodo, las condiciones de confort térmico —que dan lugar en el transcurso de la tarde de las 14 h 00 a las 17 h 00— no se extienden por encima de las cuatro horas al día; inclusive, estas condiciones merman a tan sólo tres horas diarias durante el periodo de septiembre a noviembre. Asimismo, de febrero a junio, el horario en que se presentan condiciones ideales de confort térmico se extiende hasta ocho horas diarias (en promedio) en el trascurso de las tardes; sin embargo, durante las noches, madrugadas y mañanas se presentan requerimientos variados de calentamiento. De acuerdo con la gráfica del Recorrido Diario de Temperaturas (Figura 67), el horario en que se presenta la temperatura elevada del día comprende entre las 14 h 00 y 16 h 00, mientras que la temperatura mínima da lugar alrededor de las 06 h 00. De igual manera, es posible apreciar el recorrido horario de las temperaturas diarias desde dos criterios distintos de trazado: 1. Isotermas trazadas a partir del umbral de confort térmico mensual (Figura 68). En este gráfico, el trazado de las isolíneas converge en las temperaturas comprendidas en un rango de igual valor. Estos rangos, con amplitud de 2,0 K —para el caso específico en estudio—, resultan equidistantes al umbral de confort térmico anual estimado (de 19,5 °C a 24,5 °C) 28, de tal manera que el primer plano de isotermas —con temperaturas inferiores al umbral de confort térmico— comprende de 17,5 °C a 19,5 °C; el segundo, de 28

Para efectos prácticos, los valores, las amplitudes y la simbología cromática empleados en el gráfico —para su fácil comprensión—, se basan en promedios anuales pese a que el umbral de confort térmico considerado para el trazo de las isotermas es el estimado mensualmente.

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15,5 °C a 17,5 °C; y, el tercero, a todas aquellas temperaturas inferiores a 15,5 °C; por el contrario, el primer plano de isotermas —con temperaturas superiores al umbral de confort térmico— está comprendido entre los 24,5 °C y 26,5 °C; el segundo, entre los 26,5 °C y 28,5 °C; y, el tercero, por todas las temperaturas superiores a los 28,5 °C.

Figura 68. Isotermas horarias trazadas a partir del umbral de confort térmico estimado para cada mes (Gráfico elaborado a partir de datos procesados de temperatura).

Con esto, es posible vislumbrar una estrecha zona de confort térmica a lo largo del año (en horario vespertino específicamente); sin embargo, durante el periodo de septiembre a noviembre, estas condiciones merman a poco menos de tres horas diarias, lo que demuestra requerimientos de calentamiento de las 17 h 00 a las 14 h 00 del día siguiente. En contraste, durante los meses de primavera, el horario en que dan lugar temperaturas ideales de confort se extiende hasta ocho horas diarias en promedio, lo que manifiesta requerimientos de calentamiento de las 20 h 00 a las 12 h 00 del día siguiente, inclusive, es posible apreciar que en los meses de marzo, abril y mayo, estas condiciones prevalecen aún en horario en el que el Sol se ha ocultado. 2. Isotermas trazadas a partir de la estratificación térmica diaria (Figura 69). El factor determinante que permite el trazo de las isolíneas en este gráfico se centra en el conjunto de temperaturas que convergen en rangos térmicos de igual valor y en la dinámica horaria que éstas revelan a lo largo del día. La amplitud de dichos rangos está resuelto por una

270

holgura constante de 5,0 K, lo que permite valorar los horarios y meses donde se acentúan las peores o mejores condiciones térmicas a lo largo del año.

Figura 69. Isotermas horarias trazadas a partir de la estratificación térmica diaria de cada mes (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados).

En este grafico se puede apreciar la dinámica horaria en que dan lugar las temperaturas a lo largo del día. Como es de observarse, los días con mayor temperatura se presentan durante los meses de primavera, mientras que aquellos con menor temperatura dan lugar en los meses de otoño e invierno; con ello, las noches, las madrugadas y las mañanas de todo el año presentan requerimientos variados de calentamiento. Asimismo, es posible observar que el horario amplio en que se presentan las condiciones térmicas elevadas del año (rango de 20,0 °C a 25,0 °C) resulta entre las 12 h 00 y 20 h 00 de abril y mayo, correspondiendo con la Figura 66 (Temperatura) donde los valores de las temperaturas máximas y medias de estos meses se presentan por encima de los valores de las temperaturas del resto de meses. En contraste, el horario amplio en que dan lugar las temperaturas bajas del año (rango de 5,0 °C a 10,0 °C) es entre las 00 h 00 y 09 h 30 de noviembre, diciembre y enero, correspondiendo nuevamente con la Figura 66 donde es posible observar que las temperaturas medias y mínimas de estos meses son las de menor valor con respecto a las medias y mínimas del resto de meses.

271

4.2.2. Humedad Relativa De acuerdo con investigaciones recientes (Marcó et al., 2003; Sosa y Siem, 2004), el ser humano es poco sensible a los cambios de Humedad Relativa dentro del margen del 30,0 % al 70,0 %, y si éstos al realizarse se percibieran, se manifestarían como cambio de temperatura aunque ésta permanezca constante 29. Con lo anterior, y por las condiciones climáticas que se presentan en la ciudad de Pachuca, el rango de confort hígrico que se ha determinado aplicar para el presente análisis climático oscila entre el 30,0 % y 70,0 %. Con base en los datos climáticos de la estación meteorológica señalada al inicio de este análisis, la Humedad Relativa Media (HR med ) anual para la ciudad de Pachuca se pondera en 62,6 % con una oscilación anual promedio de 31,8 %. En el mes seco (marzo) se presenta una HR med igual a 46,4 %, mientras que en el mes húmedo (septiembre) una igual a 78,2 %. La Figura 70 muestra el comportamiento mensual de la HR a lo largo del año. En la gráfica se aprecia que durante el periodo de junio a noviembre la Humedad Relativa Mínima (HR min ) —presente generalmente a las 15 h 00, horario solar (Fuentes, 2004)—, así como la HR med de finales de octubre a mediados de junio, se encuentran dentro del rango de confort hígrico mencionado en párrafos anteriores. No obstante, la HR med de mediados de junio a finales de octubre, así como la Humedad Relativa Máxima (HR max ) de prácticamente todo el año —generalmente a las 06 h 00, horario solar (Fuentes, 2004)—, se encuentran por encima de la ZCs, con diferencias de hasta 8,2 % (en septiembre) en el primero de los casos y variaciones que van de 0,4 % (en marzo) a 25,5 % (en septiembre) en el segundo de ellos. Asimismo, HR min de los meses comprendidos entre diciembre y mayo se presenta por debajo de ZCi, con diferencias que oscilan entre 1,1 % (en enero) a 8,9 % (en marzo). Cabe mencionar que el comportamiento mensual de la HR (máxima, media y mínima) durante verano (julio a septiembre) se mantiene prácticamente uniforme por la presencia del periodo lluvioso (ver Precipitación pluvial, pág. 275), lo cual ocasiona que, si bien las temperaturas no desciendan, éstas mantengan un margen de oscilación inferior al mostrado en el resto del año (Figura 66). 29

Según Marcó et al. (2003), cuanto más seco está el aire, más fría se percibe la temperatura. El metabolismo aprovecha la evaporación del sudor para refrigerar la piel. Si la humedad relativa es del 100 %, el aire está saturado de agua e impide la evaporación. Cuanto menor sea la humedad relativa, más fácilmente se evaporará el sudor de la piel, por lo que aparecerá una sensación de frescura.

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Figura 70. Comportamiento mensual de las HR mínima, media y máxima, frente a la ZC permisible que acepta un rango del 30,0 % al 70,0 % (Gráfica elaborada a partir de datos climáticos procesados).

Por su parte, el análisis horario de la HR (Figura 71) arroja requerimientos de humidificación en un 9,0 % del año —específicamente durante las tardes de invierno y primavera (diciembre a mayo)— al presentar niveles hígricos inferiores al 30,0 % (ZCi). En contraste, el 35,8 % del tiempo —específicamente durante la totalidad de las madrugadas y mañanas de verano y otoño, así como durante un corto horario de éstas durante invierno y primavera— presenta niveles superiores al 70,0 % de HR (ZCs), lo que indica requerimientos de deshumidificación en estos horarios (Tabla 28). Comportamiento Hídrico Humedad Relativa (HR)

Total (%)

Humedad Baja (HB)

9,0

Confort (CF)

55,2

Humedad Alta (HA)

35,8

Tabla 28. Comportamiento anual de la HR según los límites inferior (30,0 %) y superior (70,0 %) del confort hígrico (Tabla elaborada apartir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

273

Figura 71. Arriba. Representación horaria del recorrido de la HR promedio mensual y anual presentada durante el día. A la Izquierda. Rangos de humedad y simbología cromática que representan la intensidad de humedad horaria durante un día mensual y anual. Al centro. Comportamiento horario de humedades mensuales durante el día. A la Derecha. Requerimientos anuales para lograr la zona de confort (Gráficos elaborados apartir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

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Asimismo, es de mencionar que el 55,2 % restante del año —específicamente durante las mañanas, las noches y un corto horario de las madrugadas de invierno y primavera, así como un corto horario de las mañanas, la totalidad de las tardes y gran parte de las noches de verano y otoño— presenta condiciones ideales de HR al conseguir niveles variados que oscilan entre el 30,0 % y 70,0 % (Tabla 28). Los datos horarios muestran detalladamente el comportamiento hígrico a lo largo del día (Figura 71). Con ello, se tiene que en: • Enero y mayo: Las condiciones de Humedad Alta (HA) superiores a la ZCs (70,0 %) se presentan de las 02 h 00 a las 08 h 00, mientras que las condiciones de Humedad Baja (HB) inferiores a la ZCi (30,0 %) se manifiestan únicamente en las tardes de 15 h 00 a 16 h 00; con esto, las condiciones de confort hígrico se perciben durante quince horas al día (parte de la mañana, parte de la tarde y toda la noche). • Febrero: Las condiciones de HA se presentan de 03 h 00 a 08 h 00, mientras que las condiciones de HB se manifiestan de 14 h 00 a 18 h 00, lo que indica que las condiciones de confort hígrico se perciben durante trece horas al día (parte de la mañana, parte de la tarde y toda la noche). • Marzo: Las condiciones de HA se presentan únicamente a las 06 h 00, mientras que las condiciones de HB se manifiestan de las 13 h 00 a las 19 h 00; con esto, las condiciones de confort hígrico se perciben durante dieciséis horas al día (durante la totalidad de las mañanas, noches y madrugadas). • Abril: Las condiciones de HA se presentan en un corto horario de la madrugada de 04 h 00 a 07 h 00, mientras que las condiciones de HB se manifiestan de 13 h 00 a 18 h 00, lo que indica que las condiciones de confort hígrico se perciben durante catorce horas al día (gran parte de la mañana y madrugada, así como la totalidad de la noche). • Junio: Las condiciones de HA se presentan de las 00 h 00 a las 10 h 00, lo que indica que las condiciones de confort hígrico se perciben durante trece horas al día (parte de la mañana y la totalidad de las tardes y noches). • Julio, agosto y octubre: Las condiciones de HA se presentan de las 23 h 00 a las 10 h 00 del día siguiente, lo que indica que las condiciones de confort hígrico se perciben durante doce horas al día (parte de la mañana y prácticamente la totalidad de las tardes y noches).

275

• Septiembre: Las condiciones de HA se presentan de las 22 h 00 a las 12 h 00 del día siguiente, lo que indica que las condiciones de confort hígrico se perciben durante 10 horas al día (toda la tarde y gran parte de la noche). • Noviembre: Las condiciones de HA se presentan de 00 h 00 a 09 h 00; con esto, las condiciones de confort hígrico se perciben durante catorce horas al día (parte de la mañana y la totalidad de las tardes y noches). • Diciembre: Las condiciones de HA se presentan en un corto horario de la madrugada de 02 h 00 a 08 h 00, mientras que las condiciones de HB se manifiestan en un horario de 14 h 00 a 17 h 00, lo que indica que las condiciones de confort hígrico se perciben durante trece horas al día (parte de la mañana, parte de la tarde y toda la noche). De acuerdo a la gráfica del Recorrido Diario de Humedad Relativa (Figura 71), el horario en que se presenta la HR baja del día comprende de las 14 h 00 a las 16 h 00, mientras que la HR máxima da lugar a las 06 h 00. Al igual que las temperaturas, es posible apreciar el recorrido horario de las humedades relativas diarias desde dos criterios distintos de trazado: 1. Isohigras trazadas a partir del umbral de confort hígrico anual (Figura 72). En este gráfico, el trazado de las isolíneas converge en las HR comprendidas en un rango de igual valor. Estos rangos, con amplitud de 5,0 % —para el caso específico en estudio—, resultan equidistantes al umbral de confort hígrico anual considerado (de 30,0 % a 70,0 %), de tal manera que el primer plano de isohigras —con HR inferiores al umbral de confort hígrico— comprende de 25,0 % a 30,0 %; el segundo, de 20,0 % a 25,0 %; y, el tercero, a todas aquellas HR con valor inferior a 20,0 %; por el contrario, el primer plano de isohigras —con HR superiores al umbral de confort hígrico— está comprendido entre 70,0 % y 75,0 %; el segundo, entre 75,0 % y 80,0 %; y, el tercero, por todas las HR con valor superior a 80,0 %. Con esto, es posible vislumbrar una amplia zona de confort hígrico a lo largo del año (en horario matutino y vespertino específicamente); sin embargo, durante el periodo de diciembre a mayo, estas condiciones merman al presentar niveles por debajo del 30,0 % de HR en un horario de cinco horas diarias en promedio, lo que demuestra requerimientos de humidificación de las 14 h 00 a las 18 h 00, según el mes que se analice. En contraste, durante los meses de verano y otoño, los niveles de humedad se incrementan a más del 70,0 % durante las noches, madrugadas y parte de las mañanas, lo que refiere a un horario con condiciones de confort hígrico de doce horas en promedio, durante las tardes y parte de las mañanas específicamente.

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Figura 72. Isohigras horarias trazadas a partir de los límites de la zona de confort hígrico considerado de 30,0 % a 70 % de HR (Gráfico elaborado a partir de datos procesados de humedad relativa).

En la Figura 72 se puede observar que, pese a la hora diaria del orto durante las mañanas, en el periodo de mayo a diciembre las condiciones de HA dan lugar hasta por seis horas después de la salida del Sol, lo que demuestra requerimientos de deshumidificación por métodos activos. 2. Isohigras trazadas a partir de la estratificación hígrica diaria (Figura 73). El factor determinante que permite el trazo de las isolíneas en este gráfico se centra en el conjunto de HR que convergen en rangos hígricos de igual valor y en la dinámica horaria que éstas revelan a lo largo del día. La amplitud de dichos rangos está resuelto por una holgura constante de 5,0 %, lo que permite valorar los horarios y meses donde se acentúan las peores o mejores condiciones hígricas a lo largo del año. En este grafico se puede apreciar la dinámica horaria en que dan lugar las HR a lo largo del día. Como es de observarse, los días en que se presentan las condiciones hígricas bajas del año son los de invierno y primavera (específicamente durante las tardes), mientras que los de verano son aquellos donde se presentan las condiciones supremas de HR (específicamente durante las noches, madrugadas y parte de las mañanas).

277

Figura 73. Isohigras horarias trazadas a partir de la dinámica diaria que siguen las HR mensualmente (Gráfico elaborado a partir de datos procesados de humedad relativa).

Los meses donde se presentan las condiciones hígricas críticas y extendidas del año son marzo y abril (de 13 h 00 a 19 h 00, aproximadamente) con niveles que oscilan en un rango de 20,0 % a 30,0 %; no obstante, septiembre es el periodo donde se perciben los niveles de humedad altos (de 03 h 00 a 08 h 00) con valores que oscilan en un rango de 90,0 % a 100,0 %. 4.2.3. Precipitación pluvial y Evaporación De acuerdo con el Servicio Meteorológico Nacional (SMN) 30, la precipitación pluvial se define como el conjunto de partículas de agua líquidas o sólidas que caen desde la atmósfera hacia la superficie terrestre. Con base en Fuentes (2004: 169), “la precipitación total anual sirve para definir si una localidad es seca, de precipitación moderada o húmeda (…); en términos generales, el rango definido para una precipitación moderada está comprendido entre los 650 mm y 1 000 mm. Por debajo de esta cifra la localidad será seca y por arriba será húmeda 31”

30

Glosario de Términos del Servicio Meteorológico Nacional, Comisión Nacional del Agua, México [on-line]. Disponible en: smn.cna.gob.mx/glosario/glosario.html [Consultado el 26 de enero de 2013].

31

Generalmente, un sitio que presenta lluvias anuales inferiores a los 400,0 mm se considera con clima desértico (Fuentes, 2004).

278

Con lo anterior, el clima de la ciudad de Pachuca es de precipitación baja al presentar una anual de 345,2 mm. Sin embargo, de acuerdo con la intensidad en que se presentan las precipitaciones 32, se pueden apreciar tres periodos de lluvia a lo largo del año (Figura 74): 1. Precipitación baja (escaza): Durante el periodo de octubre a mayo condensan precipitaciones inferiores a los 40,0 mm —que van de los 1,6 mm (en diciembre) a los 29,2 mm (en mayo)—. 2. Precipitación media (moderada): Comprende el periodo de junio a septiembre con precipitaciones entre los 40,0 mm y 150,0 mm —que van desde 50,1 mm (en septiembre) hasta los 59,7 mm (en agosto)—. 3. Precipitación alta (intensa): Debido a que la precipitación anual de la ciudad Pachuca es baja y a que el mes lluvioso es agosto con 59,7 mm totales, no se considera periodo de precipitación alta ya que en ningún mes condensan lluvias superiores a los 150,0 mm. Es de destacar que las precipitaciones promedio mensuales podrían multiplicarse tal como lo demuestran las precipitaciones máximas a lo largo del periodo histórico analizado. Asimismo, estos promedios mensuales podrían presentarse, o incluso exceder su valor, en un mismo día, tal como lo demuestran las lluvias máximas en 24 h manifestadas en el periodo antes mencionado (Tabla 25). Si se relaciona la evaporación y la precipitación en un mismo escenario (Figura 74) se puede apreciar que de octubre a mayo (periodo con lluvias escasas) la tendencia de la evaporación es proporcional a la precipitación; sin embargo, de junio a septiembre (periodo con precipitación moderada) dicha relación es inversamente proporcional, es decir, a mayor precipitación menor evaporación. Asimismo, al comparar la temperatura con la precipitación pluvial (índice ombrotérmico) se puede observar que el periodo lluvioso se presenta únicamente de finales de julio a finales de agosto, sobresaliendo este último como el húmedo de este periodo (Figura 75). Cabe mencionar que la merma en la cantidad de lluvia que da lugar en julio —con una diferencia despreciable de 2,0 mm y 2,2 mm con relación a la precipitación de junio y agosto, respectivamente— caracteriza a este mes como aquel donde se presenta canícula durante el periodo lluvioso de verano.

32

Se considera lluvia fuerte cuando se sobrepasan los 150,0 mm de precipitación total mensual y poca lluvia cuando no se alcanzan los 40,0 mm (Fuentes, 2004).

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Figura 74. Comportamiento mensual de la precipitación respecto a la evaporación durante el año (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

Figura 75. Comportamiento mensual de la precipitación pluvial respecto a la temperatura (índice ombrotérmico) durante el año (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

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Sin embargo, el comportamiento anual de la precipitación se manifiesta prácticamente regular, es decir, con lluvias ascendentes durante abril y mayo —previas al periodo lluvioso— y descendentes durante septiembre y octubre —posteriores al periodo lluvioso—. 4.2.4. Radiación Solar De acuerdo con la Figura 76, la Radiación Solar Total (RSg) máxima promedio en la ciudad de Pachuca es alta durante todo el año al presentar registros superiores a los 700,0 W/m2 (que, para una hora de tiempo es igual a 2,5 MJ/m2h)33. Mayo y agosto destacan con una RSg máxima promedio de 1077,0 W/m2 (3,9 MJ/m2h) y 1083,3 W/m2 (3,9 MJ/m2h), respectivamente; en contraste, los meses en que da lugar la menor RSg máxima promedio en el transcurso del año son diciembre y enero con 790,8 W/m2 (2,9 MJ/m2h) y 819,6 W/m2 (3,0 MJ/m2h), respectivamente. De igual manera, la Radiación Solar Directa (RSb) máxima es alta durante todo el año al mantener niveles de radiación por encima de los 500,0 W/m2 (1,8 MJ/m2h). Mayo destaca nuevamente con la RSb máxima promedio más alta, ésta corresponde a 773,6 W/m2 (2,8 MJ/m2h); en contraste, diciembre y enero se caracterizan por mostrar los valores más bajos de la RSb máxima promedio con 583,5 W/m2 (2,1 MJ/m2h) y 628,0 W/m2 (2,3 MJ/m2h), respectivamente. Por su parte, la Radiación Solar Difusa (RSd) se presenta con niveles estables —durante todo el año— que oscilan entre los 191,7 W/m2 (0,7 MJ/m2h), en enero, y los 390,8 W/m2 (1,4 MJ/m2h), en agosto. Como es de suponer, la radiación solar desciende durante el periodo de noviembre a enero debido a la declinación solar generada entre la posición del Sol y la ubicación geográfica de la ciudad en estudio. La latitud de la ciudad de Pachuca es de 20° 05’ 49” (inferior a 23° 27’), por lo que el Sol —a medio día solar— pasa por el cenit en las siguientes fechas: • El 20 de mayo, continuando su trayectoria por el norte. • El 23 de julio, regresando su declinación hacía el sur. Lo anterior indica que durante el periodo comprendido entre estas dos fechas (equivalente a 64 días al año) el Sol realiza su recorrido por el norte.

33

Si 1,0 W = 1,0 J/s, entonces 1,0 W/m2 = 1,0 J/sm2. Por lo tanto, para 1 h (3 600 s), se tiene (1,0 J/sm2) (3 600 s) = 2 2 2 2 2 3 600 J/m h = 3,6 KJ/m h = 0,0036 MJ/m h. Por lo tanto, 1,0 W/m en una hora de tiempo es igual a 0,0036 MJ/m h (nótese que las unidades están dadas a partir del promedio resultante de una hora de medición, por lo que de acuerdo al periodo muestra registrado, deberá adecuarse la equivalencia).

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Figura 76. Comportamiento mensual de las RSg, RSb y RSd máximas promedio respecto a los niveles aceptables de Radiación Solar —para aprovechamiento de energía renovable— (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

4.2.5. Nubosidad La nubosidad en la ciudad de Pachuca se ve representada mayoritariamente por los días medio nublados a lo largo del año (Figura 77). Durante invierno (enero a marzo), los días con cielo despejado alcanzan hasta el 40,0 % del total del tiempo trimestral; sin embargo, los días con cielo medio nublado predominan con valores porcentuales superiores al 40,0 %, mientras que los días con cielo cerrado (o nublado) corresponden a cerca del 20,0 % del tiempo restante. Durante el periodo de abril a octubre los días con cielo despejado comienzan a descender mientras que, proporcionalmente, los días con cielo nublado comienzan a ascender; no obstante, el porcentaje proporcional de días con cielo medio nublado permanece regular y uniforme a lo largo de este periodo. La presencia de días con cielo despejado durante noviembre y diciembre representa la transición entre el periodo húmedo y el periodo seco del año, por lo que los días con cielo nublado disminuyen proporcionalmente en estos meses. Lo anterior no afecta la regularidad con la que se presentan los días con cielo medio nublado en este periodo. Es de destacar que el periodo

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de mayor nubosidad concuerda con el periodo donde dan lugar las precipitaciones de verano: junio a septiembre (ver Precipitación pluvial y Evaporación, pág. 278).

Figura 77. Comportamiento mensual de la nubosidad (días nublados, medio nublados y despejados) durante todo el año (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

4.2.6. Viento La Tabla 29 muestra detalladamente la frecuencia y la velocidad mensual, anual y por dirección (de origen) del viento presentado a lo largo del año en la ciudad de Pachuca. Con ello se muestra de manera particular la forma cómo se originan las corrientes eólicas a partir de su procedencia e intensidad durante el periodo comprendido entre 2000-2012. La tabla, además de contener información mensual y anual de la frecuencia y la velocidad de los vientos por dirección, muestra el porcentaje en que éstos se ausentan a lo largo del año (calmas), así como las velocidades promedio y máximas por mes y por dirección. No obstante, en la parte inferior de la tabla se muestra información sintetizada relacionada con la procedencia mensual y anual de los vientos dominantes y reinantes.

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Tabla 29. Desglose detallado del comportamiento de viento a lo largo del año a partir de su dirección, intensidad y periodo. Promedios mensual y anual del viento dominante y reinante durante el periodo observado, 2000-2012 (Tabla elaborada a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

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En la Figura 78 es posible apreciar, de manera general, la rosa anual de vientos predominantes en la ciudad de Pachuca. Este diagrama concentra esquemáticamente información relacionada con el origen y la dirección de los vientos dominantes y reinantes del sitio en estudio. La rosa anual de vientos predominantes muestra que el 28,3 % de las frecuencias totales provienen del Noreste (NE) y el 18,9 % del Norte (N), lo que indica que durante un largo periodo al año (47,2 % del tiempo) los vientos dominantes provienen del rango N-NE. No obstante, también es considerable la procedencia de éstos del Sur (S) y del Sureste (SE) con una frecuencia promedio anual de 11,1 % y 8,6 %, respectivamente; los cuales, en conjunto, refieren al 19,7 % del tiempo anual.

Figura 78. Rosa anual de vientos dominantes y reinantes. Procedencia del viento a partir de promedios anuales por dirección (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

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De igual manera, pero con una frecuencia igual o inferior al 7,0 %, el recurso eólico da lugar por el Este (E), el Suroeste (SW), el Oeste (W) y por el Noroeste (NW), que, en conjunto, se presentan el 24,9 % del tiempo anual. El 8,1 % de frecuencias restantes se manifiestan en calmas a lo largo del año. Es de destacar que el origen de los vientos reinantes —con una velocidad promedio anual de 4,7 m/s— resulta en el NE, orientación de donde, coincidentemente, provienen los vientos dominantes anuales (los de mayor frecuencia: 28,3 %). Con la rosa de los vientos octogonal (Figura 79) se puede apreciar la frecuencia mensual del viento por orientación. En este caso, particularmente, se puede observar que durante todo el año el viento proviene con mayor frecuencia del NE con asiduidades constantes que van de 22,5 % (en febrero) a 35,6 % (en agosto) y velocidades variadas de entre 3,9 m/s (en diciembre) y 5,5 m/s (en julio y agosto); sin embargo, a partir de un criterio descendente, los vientos dominantes y reinantes provenientes del N también son considerables a lo largo del año, pues, en conjunto (acumulación mensual), representan el 18,9 % de las frecuencias anuales. La constancia mensual de los vientos provenientes del N oscila entre el 13,7 % (en enero y febrero) y el 26,3 % (en octubre), con velocidades promedio de entre 3,2 m/s (de diciembre a febrero) y 4,0 m/s (en mayo). El comportamiento mensual del viento a lo largo del año parece mostrar similitudes en cuanto a direcciones pares se refiere —en sentido a las manecillas del reloj—, por ejemplo: • Los vientos provenientes del E y del SE dan lugar a que, en prácticamente todo el año, el recurso eólico se presente con una regularidad de ascenso y descenso constante —que varía, en promedio, entre el 7,0 % y el 8,6 % de frecuencia— excepto por los originados durante julio donde su frecuencia se pondera por encima de la máxima promedio anual. • El viento originado del S y del SW demuestra un comportamiento similar al presentar las máximas frecuencias mensuales durante invierno y el primer mes de primavera y las mínimas durante el periodo de mayo a noviembre, con velocidades promedio de 2,5 m/s. • El flujo eólico mensual proveniente del W y del NW tiende, de igual manera, a un comportamiento similar a lo largo del año. Durante invierno y primavera (periodo comprendido entre diciembre y junio) el viento da lugar a una frecuencia mensual de 7,0 % en promedio con velocidades de hasta 3,7 m/s, mientras que en verano y otoño su presencia tiende a disminuir gradualmente hasta una frecuencia mensual 2,9 % y velocidades no mayores a 2,6 m/s.

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Figura 79. Rosa de los Vientos Octogonal. Comportamiento mensual del viento presentado por rumbo a partir de la frecuencia y velocidad (Gráfico elaborado con datos climáticos procesados del sitio en estudio).

De esta manera, es posible definir que en el rango N-NE se presenta la mayor cantidad de frecuencias al año. Durante los meses de invierno y primavera (periodo de diciembre a mayo) la presencia del viento da lugar hasta 20,9 % de frecuencias por el N y 27,6 % por el NE; asimismo, durante los meses de verano y otoño (periodo de junio a noviembre) se intensifica por el N con frecuencias hasta de 26,3 % y por el NE con frecuencias de hasta 35,6 % (Tabla 29).

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Técnicamente a los vientos dominantes que, además son los reinantes —al presentarse con velocidades promedio de hasta 5,0 m/s—, se les puede considerar con potencial elevado para su aprovechamiento como fuente renovable de energía, puesto que en su totalidad representan el 47,2 % de frecuencias al año —equivalente a 172 días—. Al analizar las rosas de viento mensuales (Figura 80 y Figura 81) se puede apreciar la amplia variedad de direcciones e intensidades en que se presenta el viento, en promedio, a lo largo del año; por ejemplo, en: 1. Enero: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 23,9 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 37,6 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %, excepto por las del S que se presentan con 14,2 puntos porcentuales; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 8,9 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,0 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,7 m/s (Figura 80). 2. Febrero: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 22,5 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 36,2 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %, excepto por las del S que se presentan 14,8 puntos porcentuales; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 8,8 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,2 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,9 m/s (Figura 80). 3. Marzo: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 23,2 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 38,4 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %, excepto por las del rango S-SW que en conjunto representan el 22,8 % del total; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 8,4 puntos porcentuales. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,4 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 3,0 m/s (Figura 80).

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4. Abril: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 24,6 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 40,9 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %, excepto por las del S que se presentan 12,2 puntos porcentuales; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 9,4 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,7 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 3,0 m/s (Figura 80). 5. Mayo: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 27,6 %—, no obstante, por el significativo valor porcentual de las frecuencias del N (20,9 %) el rango N-NE puede considerarse como el dominante para este periodo — con una frecuencia total mensual de 48,5 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %, excepto por las del S que se presentan 10,1 puntos porcentuales; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 8,4 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,8 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,9 m/s (Figura 80). 6. Junio: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 31,5 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 52,6 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 7,1 % del total de éstas. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 5,1 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,8 m/s (Figura 80). 7. Julio: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 33,9 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 52,1 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %, excepto por las del S que se presentan 10,2 puntos porcentuales; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 7,3 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 5,5 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,7 m/s (Figura 81). 8. Agosto: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 35,6 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se

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originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 57,7 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 6,7 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 5,5 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,7 m/s (Figura 81). 9. Septiembre: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 34,1 %—, no obstante, por el significativo valor porcentual de las frecuencias del N (25,2 %) el rango N-NE puede considerarse como el dominante para este periodo —con una frecuencia total mensual de 59,3 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 7,4 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,9 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,6 m/s (Figura 81). 10. Octubre: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 30,5 %—, no obstante, por el significativo valor porcentual de las frecuencias del N (26,3 %) el rango N-NE puede considerarse como el dominante para este periodo —con una frecuencia total mensual de 56,8 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 7,8 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,6 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,5 m/s (Figura 81). 11. Noviembre: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 29,0 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 48,1 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %; asimismo, la cantidad de calmas obedece un margen de 7,7 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 4,5 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,6 m/s (Figura 81). 12. Diciembre: Los vientos dominantes provienen principalmente del NE —con un una frecuencia mensual de 23,4 %—, aunque existe la posibilidad de que el rango en donde éstos se originan se amplíe N-NE —con una frecuencia total mensual de 38,8 %—. El resto de frecuencias, según la dirección, se ponderan por debajo del 10,0 %, excepto por las del S que se presentan 12,8 puntos porcentuales; asimismo, la cantidad de calmas

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Figura 80. Rosas mensuales de viento (de Enero a Junio, primer semestre) que representan el comportamiento del viento a partir de su frecuencia, procedencia e intensidad (Gráficos elaborados a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

Figura 81. Rosas mensuales de viento (de Julio a Diciembre, segundo semestre) que representan el comportamiento del viento a partir de su frecuencia, procedencia e intensidad (Gráficos elaborados a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

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obedece un margen de 9,8 % del total de frecuencias. Los vientos reinantes tienen origen en el NE con una velocidad promedio de 3,9 m/s, mientras que la promedio en el resto de direcciones es de 2,6 m/s (Figura 81). Con lo anterior, se observa que en la totalidad de los meses la orientación dominante donde se originan los vientos es el NE —con un rango de amplitud N-NE— con velocidades máximas que oscilan entre los 3,9 m/s y los 5,5 m/s, en promedio. De acuerdo con Evans (2007), las velocidades de viento superiores a 1,0 m/s se consideran indeseables para interiores, mientras que las inferiores a este valor pueden generar condiciones de confort —con extremos probables que podrían atenderse a partir de un posible rango de amplitud—. La velocidad media del viento (promedio anual) para la ciudad de Pachuca es de 2,7 m/s; que, de acuerdo con la escala de Beaufort, esta velocidad clasifica al viento como flojito (ver Anexo XI, pág. 677). Según la orientación que se analice específicamente, esta cifra oscila entre 1,9 m/s y 4,7 m/s; de esta manera, de acuerdo con la Figura 82, en el: • N: La velocidad promedio del viento es de 3,5 m/s, 2,5 m/s por encima de la aceptable para interiores. • NE: La velocidad promedio del viento es de 4,7 m/s, 3,7 m/s por encima de la aceptable para interiores. • E: La velocidad promedio del viento es de 1,9 m/s, 0,9 m/s por encima de la aceptable para interiores. • SE: La velocidad promedio del viento es de 1,9 m/s, 0,9 m/s por encima de la aceptable para interiores. • S: La velocidad promedio del viento es de 2,3 m/s, 1,3 m/s por encima de la aceptable para interiores. • SW: La velocidad promedio del viento es de 2,6 m/s, 1,6 m/s por encima de la aceptable para interiores. • W: La velocidad promedio del viento es de 2,7 m/s, 1,7 m/s por encima de la aceptable para interiores. • NW: La velocidad promedio del viento es de 2,3 m/s, 1,3 m/s por encima de la aceptable para interiores.

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Figura 82. Velocidad media del viento por orientación respecto a la velocidad recomendada por Evans (2007) para ventilar interiores: 1,0 m/s (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

Evidentemente, la velocidad del viento —por cualquiera de las orientaciones donde se origine— rebasa por mucho a la velocidad aceptada para interiores; por ello, de considerar a la ventilación una alternativa como estrategia de diseño bioclimático, ésta deberá controlarse a partir de dispositivos o elementos que ofrezcan su desaceleración a por lo menos 1,0 m/s, con el propósito de conseguir condiciones aceptables de confort en interiores. Así, se puede concluir que, en promedio, el NE es la cuna de origen tanto de los vientos dominantes como de los reinantes, de acuerdo con la Tabla 29, la Figura 80 y la Figura 81. Asimismo, la Figura 83 relaciona las velocidades mensuales media y máxima del viento con relación a la recomendada por Evans (2007) para interiores. De esta manera, es posible determinar que la actividad eólica a lo largo del año presenta velocidades medias por encima de 1,0 m/s —con valores que oscilan entre 2,5 m/s (en octubre) y 3,0 m/s (en marzo y abril)—, mismo caso para los vientos reinantes que dan lugar a velocidades que multiplican a la recomendada para interiores —con valores que oscilan entre 3,9 m/s (en diciembre) y 5,5 m/s (en julio y agosto)—. Lo anterior indica que la entrada del viento a los espacios arquitectónicos debe controlarse durante todo el año sin excepción.

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Figura 83. Velocidades mensuales de viento (media y máxima) respecto a la velocidad recomendada por Evans (2007) para ventilar interiores: 1,0 m/s (Gráfico a partir de datos climáticos procesados del sitio).

4.2.7. Días Grado Los Días Grado (DG) se pueden definir como los requerimientos de calentamiento o enfriamiento —acumulados en un cierto periodo de tiempo— necesarios para lograr condiciones apropiadas de confort térmico. El cálculo de los DG se puede hacer con respecto a una ZC general (18,0 °C – 26,0 °C), o bien, con base en la ZC anual (19,5 °C - 24,5 °C) o mensual del sitio en estudio (Fuentes, 2004). En este estudio se ha trabajado con la ZC mensual local. Como se aprecia en la gráfica siguiente (Figura 84), a lo largo de todo el año se presentan requerimientos de calentamiento, con especial atención durante los meses comprendidos entre octubre y marzo, donde las exigencias mensuales superan los 325,0 DG. Sin embargo, la gráfica también demuestra que los requerimientos de enfriamiento son nulos para cada mes, lo anterior responde al predominio de las bajas temperaturas a lo largo del año en la ciudad de análisis. De manera similar con el comportamiento mensual de las temperaturas, la mitad caliente del año (abril a septiembre) demanda menores requerimientos de calentamiento, éstos oscilan entre los 260,1 DG y 320,4 DG; asimismo, la mitad fría (octubre a marzo) demanda requerimientos entre los 328,9 DG y 426,6 DG.

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Enero es el periodo en que mayor necesidad de calentamiento se percibe (423,4 DG) en virtud de que en éste es donde se presentan las temperaturas máxima promedio, media y mínima promedio más bajas del año (19,3 °C, 11,6 °C y 5,0 °C, respectivamente); en contraste, septiembre es el periodo en el que los requerimientos de calentamiento merman (260,1 DG), coincidiendo con el momento donde se presenta la temperatura mínima promedio más alta del año (11,1 °C).

Figura 84. Requerimientos mensuales de enfriamiento y/o calentamiento a lo largo del año (Gráfico elaborado a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

4.3. Análisis bioclimático Adicionalmente al análisis climático descrito en el subcapítulo anterior, se realizó el análisis bioclimático para las condiciones de la ciudad de Pachuca, con el fin de estimar mensualmente, de acuerdo con cada una de las herramientas bioclimáticas consideradas, los requerimientos térmicos y bioclimáticos necesarios para alcanzar las condiciones de confort térmico a lo largo del año. Para ello, paralelamente al uso de algunos modelos bioclimáticos para interiores, se utilizaron algunos modelos bioclimáticos para exteriores, con el fin de crear un referente entre los resultados de ambos y obtener un panorama general de los requerimientos térmicos necesarios en el sitio analizado. De esta manera, el análisis bioclimático fue producto del

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empleo y el estudio de las siguientes herramientas bioclimáticas: tablas de Mahoney, triángulos de confort, diagrama bioclimático, diagrama psicrométrico, nomograma de temperatura efectiva corregida, gráfica estereográfica y matriz de climatización, principalmente. Los resultados y las conclusiones de este análisis se presentan en el Anexo XII (pág. 678), donde, además, se describe detalladamente la forma en que se utilizaron, adaptaron e interpretaron cada una de las herramientas mencionadas. Con lo anterior, en el siguiente listado se presentan, de forma sintetizada, los requerimientos y/o las estrategias de diseño bioclimático (respecto al confort térmico, únicamente) derivados de la interpretación de esas herramientas durante el análisis bioclimático para las condiciones de la ciudad de Pachuca: • Tablas de Mahoney (pág. 678). Este modelo sugiere una orientación norte-sur (eje largo este-oeste) para obtener ganancias térmicas a partir del aprovechamiento de la radiación solar; una distribución compacta para evitar infiltraciones y controlar la estratificación térmica; y, masividad en muros y pisos con inercia térmica que permita un retardo superior a ocho horas. • Triángulos de confort (pág. 680). De acuerdo con esta herramienta bioclimática, el periodo de noviembre a marzo ofrece condiciones térmicas fuera de confort, por lo que las estrategias de diseño que se sugieren son inercia térmica en la envolvente y ganancias solares con el fin de promover las ganancias térmicas durante ese periodo. • Diagrama bioclimático (pág. 682). Según este modelo, durante todas las mañanas del año (06 h 00, horario solar) se presentan condiciones térmicas fuera de confort, por lo que la estrategia bioclimática principal es la ganancia térmica a partir de la radiación solar (hasta por 490 W/m2 para la mitad fría del año). • Diagrama psicrométrico (pág. 683). De acuerdo con esta herramienta de diseño bioclimático, todas las mañanas del año ofrecen condiciones térmicas fuera de confort; por lo que de abril a octubre, esas condiciones podrían corregirse con calentamiento solar pasivo, sin embargo, de noviembre a marzo las condiciones se perciben más severas, por lo que las estrategias deberán basarse en el calentamiento solar activo. • Nomograma de la temperatura efectiva corregida (pág. 685). Debido a que las condiciones térmicas de Pachuca son semi-frías a lo largo del año, la estrategia de ventilación sólo se podría ser empleada para renovación de aire, por lo que, de acuerdo con este nomograma, para evitar un efecto significativo en la sensación térmica de los

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sujetos y evitar pérdidas térmicas en el espacio arquitectónico, se recomienda que el viento a ingresar sea controlado a una velocidad inferior a 0,1 m/s. • Gráfica solar (pág. 688). De acuerdo con esta herramienta, la orientación óptima para lograr el mejor aprovechamiento de la radiación solar a lo largo del año es sur-sureste (22,5° este a partir del sur verdadero). • Matriz de climatización (pág. 693). Se refiere al concentrado de las estrategias bioclimáticas que resumen todo el análisis paramétrico, climático y bioclimático de un sitio. Para el caso de la ciudad de Pachuca, las estrategias de diseño bioclimático resultantes fueron: radiación solar directa, ganancias internas, protección al viento, calentamiento directo e indirecto y sistemas radiativos. Como es posible observar, la estrategia bioclimática en común —entre todas las herramientas de diseño bioclimático utilizadas— fue la ganancia térmica a partir del aprovechamiento de la radiación solar, por lo que la adecuada orientación respecto al eje térmico es la clave de diseño en este tipo de bioclimas (semi-frío). 4.4. Confort térmico a partir de algunos modelos del enfoque de predicción Con el objeto de mostrar algunas de las diferencias que presenta la aplicación de los modelos del Enfoque Predictivo (teoría que establece la estandarización de los parámetros de confort en cualquier parte del mundo), en este apartado se analizan los modelos del PMV-PPD y del Wind Chill-Humidex. 4.4.1. PMV-PPD El Voto Medio Previsto (PMV) es la representación cuantitativa de la sensación térmica de un grupo de individuos —sanos, sometidos a un mismo clima— expuestos a ciertas condiciones ambientales (Fanger, 1972). Establece una tensión térmica basada en la transferencia de calor —en estado estacionario— entre el cuerpo y el ambiente, representada a partir de un voto de confort en una escala de 7 valores: de -3 (igual a frío) a +3 (igual a sofocante) (Tabla 30). Fanger (1972) consideró al confort térmico como el conjunto de condiciones bajo las cuales las personas eligen las tres categorías centrales de la escala y no sólo la neutral —entre ligeramente fresco y ligeramente caliente—, aunque la norma ISO 7730 (2005), basada en este modelo, establece que el ambiente es confortable cuando hay menos de un 10 % de personas insatisfechas —esto corresponde a un entorno de + 0,5 a – 0,5 de PMV—.

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Tabla 30. Escala de valoración térmica de Fanger (1972).

Con este índice se logró determinar que la temperatura de la piel es un indicador de la sensación de confort térmico para sujetos en ambientes fríos, mientras que la humedad de la piel lo es para sujetos en ambientes cálidos —donde el sudor es un fenómeno mejor apreciable que los cambios de temperatura epidérmica— (Auliciems, 1981). El Porcentaje Previsto de Personas Insatisfechas (PPD) es la cantidad prevista de personas inconformes con las condiciones térmicas presentes en el ambiente de acuerdo al PMV (cuando el PMV se aleja del valor neutral, el PPD se incrementa). Para el caso particular de la ciudad de Pachuca, la temperatura óptima de confort anual es 22,0 °C, con un rango aceptable entre 19,5 °C y 24,5 °C, de acuerdo con la ecuación y rangos de confort de Auliciems y Szokolay (1997), mientras que la HR confortable, según Marcó et al. (2003) y Sosa y Siem (2004) se ubica entre 30,0 % y 70,0 %. De acuerdo con el PMV y las tres categorías centrales de la escala que Fanger (1972) propone para establecer las condiciones adecuadas de confort térmico, las tardes (temperatura máxima) del periodo comprendido entre febrero y octubre son confortables —valores mensuales de PMV entre -1,0 (ligeramente fresco) y 1,0 (ligeramente caliente) de la escala del PMV— con un PPD máximo de 24,9 %; no obstante, las tardes de noviembre a enero y las mañanas (temperatura media) de febrero a noviembre presentan condiciones de Fresco (con valores mensuales entre 1,01 y -2,0, y, con un PPD máximo de 34,0 % para las tardes y uno de 83,0 % para las mañanas). Asimismo, las mañanas de enero y diciembre, así como las noches-madrugadas (temperaturas mínimas) de todo el año presentan condiciones de Frío en el ambiente térmico (con valores mensuales inferiores a -2,01 y un PPD máximo de 100,0 %) (Tabla 31).

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Tabla 31. Estimación del PMV-PPD con base en las condiciones de la ciudad de Pachuca (Elaboración propia).

Cabe señalar que para la obtención de estos índices (PMV-PPD) se trabajó con los siguientes criterios: • Temperaturas mensuales de bulbo seco: máxima, media y mínima. • Humedades relativas mensuales: máxima, media y mínima. • Actividad según la ISO 8996 (2004) (ver Anexo I, pág. 594): 1,2 met en la mañana y la tarde (actividad sedentaria) y 0,8 met en la noche-madrugada. • Arropamiento según la ANSI/ASHARAE 55 (2010) e Innova (2002) (ver Anexo II, pág. 595): 1,0 clo en la mañana (abrigado), 0,7 clo en la tarde (normal) y 1,2 clo en la nochemadrugada (muy abrigado). • Velocidad de viento: Según Evans (2007), la velocidad de viento recomendada para interiores es de 1,0 m/s; no obstante, como se describió en el apartado Nomograma de Temperatura Efectiva Corregida (pág. 685), para el caso de Pachuca (semi-frío seco) no es recomendable tal valor, ya que el viento a esta velocidad sólo generaría que la percepción térmica de los sujetos fuera inferior a las condiciones, de por sí, ya frías. Por ello, sólo para efectos de renovación de aire, se tomó el criterio de manejar una velocidad de viento equivalente a 0,1 m/s durante las mañanas y las tardes y de 0,0 m/s durante las noches. Ahora bien, si se relaciona en un mismo gráfico el PMV contra el PPD (Figura 85), se puede observar que en la totalidad de las mañanas y las noches-madrugadas del año, se presentan condiciones térmicas fuera de la ZC sugerida por Fanger (1972), mostrando votos de insatisfacción en aumento conforme el PMV se aleja del valor neutral; sin embargo, durante las

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tardes del periodo de febrero a octubre se observan condiciones ideales de confort térmico con porcentajes de insatisfacción inferiores al 24,9 % y un PMV que oscila entre -1,0 y 0,0. Es de destacar que, de acuerdo con este gráfico y los criterios que lo conciben, las tardes de abril y de mayo muestran condiciones óptimas de confort térmico al lograr un PMV de 0,0 y un PPD de 5,0 %, de acuerdo con las características de estimación mencionadas en el párrafo anterior.

Figura 85. Relación PMV-PPD con base en las condiciones de la ciudad de Pachuca (Gráfica elaborada a partir de datos climáticos procesados del sitio en estudio).

Con lo anterior, el gráfico evidencia las condiciones semi-frías que se presentan en las noches, las madrugadas y las mañanas a lo largo del año en la ciudad de Pachuca, sólo en las tardes es el horario en el que se encuentran condiciones ideales de confort térmico. 4.4.2. Nuevo Wind Chill - Humidex El Índice de Viento Frío (Nuevo Wind Chill) es un índice de temperatura percibida para espacios exteriores en periodo invernal de clima frío. Fue desarrollado en una cámara climática en función del efecto de enfriamiento convectivo sobre el rostro de 12 adultos (6 hombres y 6 mujeres). El nivel de actividad fue moderado con ropa abrigadora. Las variables incluidas en el modelo son: temperatura de bulbo seco y velocidad de viento (Auliciems y Szokolay, 1997).

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Humidex es un índice de sensación térmica —para actividad pasiva, moderada e intensa; con arropamiento ligero— para espacios exteriores con climas fríos y durante verano. Las variables incluidas en el modelo son: temperatura de bulbo seco y humedad relativa. El Nuevo Wind Chill para la ciudad de Pachuca muestra que la sensación térmica entre octubre y abril puede percibirse hasta en -3,2 °C respecto a la temperatura real, mientras que de mayo a septiembre está se percibe tal cual se manifiesta la temperatura en condiciones reales (ninguna diferencia de apreciación entre lo percibido y lo real en este periodo); sin embargo, el Humidex muestra que durante todo el año la sensación térmica se percibirá sin variación alguna a como realmente se presenta la temperatura de bulbo seco (Tabla 32).

Tabla 32. Estimación de los índices Nuevo Wind Chill y Humidex de acuerdo con las condiciones climáticas de Pachuca (Elaboración propia).

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