Arquitectura y Clima

1. 12/12/2017
1
Arquitectura
Bioclimática:
Caracterización
Metodología de la
Arquitectura
Bioclimática
Conceptos básicos
de Climatología y
Meteorología
Factores y
elementos del
clima
Clasificación
climática
Análisis
climático
Tema 2: Clima y Bienestar Humano
Arquitectura Bioclimática:
Caracterización
Definición, Beneficios y Objetivos
Arquitectura
Bioclimática
Definición
 Arquitectura:Arte de construir
los espacios donde los
humanos desarrollan sus
actividades.
 Bioclimática: (Bio=vida, Clima
= Conjunto de condiciones
climáticas)
 Considera el clima y las
condiciones del entorno para
producir espacios saludables y
confortables para el hábitat
humano haciendo un uso
eficiente de la energía y los
recursos disponibles.
Beneficios
 Beneficios económicos
 Salud y confort
 Térmico
 Higrométrico
 Lumínico
 Acústico
 Olfativo
 Psicológico
 Eficiencia y productividad
 Beneficios ecológicos

2. 12/12/2017
2
Arquitectura
Bioclimática
Objetivos
 Detectar características
adversas o benéficas del
clima LOCAL en función del
parámetro humano
 Integrar y adecuar la
arquitectura a su propio
ambiente
Adaptación de
la Arquitectura
al Clima
 Arquitectura animal
primitiva
Arquitectura nómada

3. 12/12/2017
3
Arquitectura
nómada
Arquitectura
vernácula

4. 12/12/2017
4
La arquitectura
contemporánea
y el clima
Metodología de la Arquitectura
Bioclimática
Antecedentes y Metodología Propuesta

5. 12/12/2017
5
Metodología
de la
arquitectura
bioclimática
Antecedentes
 Olgyay
 Givoni
 Szokolay
 Yeang
Metodología
propuesta
 Objetivos
 Análisis de sitio y entorno
 Medio natural
 Medio artificial
 Medio socio‐cultural
 Análisis del usuario
 Bienestar y confort
 Necesidades y
requerimientos
 Definición de estrategias de
diseño
 Climatización
 Iluminación
 Acústica
 Control de contaminantes
 Conceptos de diseño
bioclimático
 Sistemas pasivos
 Sistemas activos e híbridos
 Tecnologías apropiadas
 Uso eficiente de energía y
recursos
 Anteproyecto
 Evaluación de anteproyecto
 Arquitectónica
 De confort
 Energética
 Ambiental
 Normativa
 Económica y financiera
 Proyecto arquitectónico
 Evaluación de obra

6. 12/12/2017
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Conceptos básicos de
Climatología y Meteorología
 Meteorología
 Macroclima
 Mesoclima
 De barreras orográficas
 De valle
 De costa
 Urbano
 Microclima
Conceptos:
clima y
climatología
Conceptos:
clima y
climatología
Para seguir el camino de la construcción sustentable
es imprescindible dominar conceptualmente el clima
y contar con una base de datos fiable.
 Tiempo – estado de la atmósfera en un lugar y tiempo
determinados
 Clima – conjunto de fenómenos meteorológicos que
caracterizan el estado medio de la atmósfera en un punto
de la superficie terrestre
Tiempo y
Clima
Datos climáticos NORMALIZADOS o
NORMALES CLIMATOLÓGICAS
(mín 10 años)

7. 12/12/2017
7
Factores y elementos del clima
Factores que
determinan el
clima en la
Tierra
Factores naturales
 Astronómicos
 Forma y posición de la
Tierra
 Movimientos terrestres
 Actividad solar
 Geográficos
 Ubicación . Latitud,
longitud, altitud
 Geomorfológicos
 Edáficos
 Bióticos
 Hidrológicos
Factores artificiales
 Factores antrópicos
 Actividad urbana – rural
 Agrícola
 Industrial
 Contaminación aire, agua,
suelo
 Erosión
 Reubicación de masas de
agua
 Ruptura de ciclos naturales
Influencia dominante del Sol en los climas
La Tierra recibe casi toda su energía del Sol en forma de radiación
El fenómeno urbano llamado isla de calor
Meteorología METEOROS CLIMÁTICOS
 Térmicos
 Hidrometeoros
 Humedad
 Nubosidad
 Precipitaciones
 Meteoros dinámicos
 Presión
 Viento
 Fotometeoros
 Arco iris
 Corona
 Halo (parhelio y paraselene)
 Electrometeoros
 Rayo
 Relámpago
 Fuego de San Telmo
 Aurora boreal
OTROS METEOROS
La Climatología es la ciencia, parte de la Meteorología, que estudia los
fenómenos climáticos que se presentan en la atmósfera y las leyes que los rigen.

8. 12/12/2017
8
 Observatorios meteorológicos – observaciones sinópticas
de superficie con parámetros horarios
 Estaciones meteorológicas – instrumentación básica que
resume condiciones climáticas generales diarias
 Instrumentos
 Termómetros
 Higrómetros
 Pluviómetros
 Barómetros
 Veletas, etc.
Parámetros
Meteorológicos
Temperatura
Cantidad de energía calórica acumulada en el aire
 Temperatura media (diaria, mensual, anual)
 Temperatura media máxima
 Temperatura media mínima
 Temperatura máxima extrema
 Temperatura mínima extrema
 Temperaturas horarias
 Oscilación térmica (diaria o anual)
El agua en la
atmósfera
Humedad
 es la cantidad de vapor de agua contenida en el aire
 Humedad de saturación – HS
 Punto de rocío
 Humedad absoluta – HA (gr/m3)
 Humedad específica – HE (gr/kg)
 Humedad relativa – HR (HA/HS * 100)

9. 12/12/2017
9
Estados del
agua y cambios
de fase
 Agua que cae sobre la
superficie terrestre, puede ser
en forma líquida o sólida
Precipitación
 Es la cantidad de nubes en la atmosfera
 Se mide cada hora en décimos de cielo
cubierto y tipos de nubes
Nubosidad

10. 12/12/2017
10
 Es el peso que ejerce una masa de
aire sobre la superficie terrestre
 Barómetro
 Depende de la altitud del lugar y
se mide en unidades de peso
sobre área: kg/cm2, milibares,
pascales o mm de mercurio
Presión
atmosférica
 es el movimiento del aire
en la atmósfera
 Dirección prevaleciente
(frecuencia)
 Patrón de velocidad
diario y estacional
 Períodos de calmas
 Probabilidades de
tormentas
Viento
 Energía emitida por el
Sol y transmitida en
forma de radiaciones
electromagnéticas
Radiación solar

11. 12/12/2017
11
 Cantidad, calidad y
dirección de las
radiaciones solares
sobre la superficie
terrestre
Asoleamiento
Estimación de la temperatura (ºC)
 Gradiente térmico atmosférico (6,4º C por c/1000 m de altitud) entre 2
puntos conocidos
Estimación de
datos
climatológicos
Temperatura
Estimación de la humedad relativa (%)
 A partir de la temperatura mínima y media de la localidad mediante un
algoritmo desarrollado por el Dr. A. Tejeda
Estimación de
datos
climatológicos
Humedad

12. 12/12/2017
12
A partir de datos conocidos de
temperatura y humedad es posible
calcular los demás parámetros.
Los algoritmos psicrométricos que se
presentan son los descritos por Steven
Szokolay.
Estimación de
Parámetros
Psicrométricos
 Las 4 variables que afectan
directamente el confort humano:
a. La temperatura del aire y de las
superficies de su entorno
b. El contenido de vapor de agua
en el aire
c. La radiación solar
d. El movimiento del aire
 Todas ellas condicionan los
intercambios de calor del cuerpo
humano con el ambiente que lo
rodea
Parámetros
meteorológicos
y bienestar
térmico
humano
Clasificación climática

13. 12/12/2017
13
smn.conagua.gob.mx
Información sinóptica de los observatorios
nacionales:
 76412 Culiacán, Sin. 1981‐2000
 Latitud: 24° 38' 05'‘
 Longitud ‐107° 26' 26''
Fuentes de
datos
climáticos
http://smn.cna.gob.mx/observatorios/rhistorico.html
Köppen‐García
 Cálido‐húmedo
 Cálido‐seco
 Templado
 Frío Clasificación
climática
http://atlasclimatico.unam.mx/atlas/

14. 12/12/2017
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 Radiación – emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas
 Conducción – por contacto directo
 Convección – por medio de un fluido
 Evaporación – la evaporación del agua absorbe calor
Proceso físico
de la
transferencia
de calor
Cuando existe una diferencia
de temperatura entre dos
objetos en proximidad uno
del otro, la transferencia de
calor no puede ser detenida;
solo puede hacerse más lenta
La transferencia de calor siempre
ocurre desde un cuerpo más
caliente a uno más frío
 Análisis de sitio que incluya:
 Topografía – elevaciones,
pendientes, condiciones de suelo,
etc
 Vegetación – altura, masa, silueta,
textura, localización, patrones de
crecimiento
 Entorno edificado – formas, alturas,
materiales, superficies, texturas,
etc.
 Intervenciones arquitectónicas:
 Forma
 Orientación
 Envolvente
 Relación vano‐macizo / fenestración
 Ventilación interior
Diseño
bioclimático
a nivel
microclima
 El sitio climático establece la
escala
 Corresponde al tamaño del
proyecto
 Implica el clima específico del
área tanto en extensión
horizontal como en altura
El sitio
climático

15. 12/12/2017
15
CONCLUSIONES
Clasificación Climática
Clasificación
Climática
Köppen‐García
 Los climas se definen de acuerdo a los datos de temperatura y
precipitación, en términos anuales y mensuales.
 Existen cinco grupos climáticos fundamentales
 Grupo de climas A: Clima cálido húmedo.
 Grupo de climas B: Clima seco.
 Grupo de climas C: Clima templado húmedo.
 Grupo de climas D: Clima boreal.
 Grupo de climas E: Clima polar

16. 12/12/2017
16
Modificadores:
Grupos A, C y D:
 f Precipitación durante todo el año
 w Estación seca en invierno, lluvias en verano
 s Estación seca en verano, lluvias en invierno
 m lluvias abundantes en verano con influencia de
monzón. (Sólo para el grupo A)
Grupo B:
 S Semiárido (Clima de estepa)
 W Árido (Clima de desierto)
Clima E:
 T Clima de tundra
 F Nieve perpetua

17. 12/12/2017
17
Culiacán BSw h’
Clima seco, de estepa, con
lluvia en verano, muy
caliente

18. 12/12/2017
18
Sistema de
Agrupación
Bioclimática
de Ciudades
Análisis climático
Recopilación
de
Información
Después de analizar la clasificación climática, el siguiente paso del
análisis climático es la recopilación de información de los parámetros
climáticos.
Los datos básicos son:
 Temperatura máxima, media y mínima
 Humedad Relativa, máxima, media y mínima
 Precipitación Pluvial total anual
 Radiación Solar Total, directa y difusa
 Dirección y velocidad del viento
 Nubosidad
 Fenómenos especiales

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19
http://smn.cna.gob.mx/

20. 12/12/2017
20
ORDENACIÓN DE LA
INFORMACIÓN
Para analizar la
información obtenida,
es necesario ordenarla
en una hoja electrónica
que nos permita
procesarla de manera
numérica y gráfica.
 Análisis Paramétrico ‐
analizar cada parámetro por
separado
 Análisis Mensual en
sentido vertical ‐
interrelacionando varios
parámetros.
 Análisis Anual –
 caracterización climática
para conocer con
precisión el clima del
sitio, determinar su
comportamiento y sus
condicionantes
 Con base en ello,
establecer conceptos y
estrategias de diseño
adecuadas
ANÁLISIS DE LA
INFORMACIÓN

21. 12/12/2017
21
Análisis a
través de
GRÁFICAS
 El análisis puede hacerse con la información numérica, sin
embargo es más sencillo hacerlo a través de GRÁFICAS.
No es fácil analizar el
comportamiento
climático sin un
PARÁMETRO DE
REFERENCIA
Parámetros de
Referencia
 Temperatura
 Tn = 17.6*0.31 Tm
 Zc = Tn ± 2.5 ºC
 Humedad
 Confort higrotérmico entre 30 y 70% de HR
 Precipitación
 Moderada entre 650 y 1000 mm
 Viento
 Entre 0.1 y 1.5 m/s para espacios interiores
 Hasta 2.0 m/s para espacios semi‐abiertos

22. 12/12/2017
22
Parámetro de
Referencia:
Temperatura
Neutra
La temperatura media anual es de 18.6 °C. El mes más caluroso es mayo con una temperatura media de 22.1 °C y
con una máxima de 30.2 °C; el mes más frío es enero con una temperatura media de 14.5 °C y una mínima de 7.0
°C. Desde principios de marzo hasta finales de julio las tardes son calurosas ya que la temperatura máxima rebasa
la zona de confort. Las temperaturas máximas de agosto y septiembre están en el límite superior de la zona de
confort por lo que también pueden llegar a ser calurosos. Los meses de abril, mayo y junio se presentan
temperaturas extremas superiores a 35 °C; lo cual indica que pueden llegar a presentarse temperaturas elevadas
en ésos meses.
Las temperaturas medias se encuentran por debajo del límite inferior de confort, excepto en el periodo
comprendido entre principios de mayo y principios de junio. Las temperaturas mínimas de todos los meses se
encuentran por debajo de confort, lo cual indica que todas las mañanas de todo el año son frías. De noviembre a
febrero pueden llegar a presentarse temperaturas por debajo del 0 °C. Por lo que podría llegar a presentarse
congelación del agua.
Ejemplo de
análisis de
temperatura
con parámetro
de referencia

23. 12/12/2017
23
Análisis de Temperaturas Horarias
Análisis Horario vs Horarios de Uso
Análisis de
Vientos
 analizar las rosas de viento
mensuales
 los vientos pueden
cambiar su dirección de
manera estacional o
mensual, e incluso horaria

24. 12/12/2017
24
El clima en Culiacán
Clima y Confort para la Aplicación de Estrategias Bioclimáticas
Datos básicos para el diseño bioclimático
 Emplazamiento
 Clima local
 Asoleamiento
 Condiciones de confort
 Comportamiento térmico de la Envolvente
El sitio, el lugar, el emplazamiento

25. 12/12/2017
25
TMax Ex por encima
de 40º C
TM dentro de los límites de
la ZC
Temperatura
TN = 25.3º C Zona de Confort = 22.83º a 27.83º C.
TMax por encima de la ZC todo el año
TM dentro de los límites de la ZC
Parámetro de Referencia: Límites para evaluar la
temperatura sobre la zona de confort determinada con
base en la temperatura neutra.
 TM anual = 24.9º C
 TM del mes más caluroso =
30º C
 TM mes mas frío =19.2º C.
 TMáx mensual por encima
de la ZC todo el año
 De junio a octubre pueden
presentarse temperaturas
superiores a los 40º C
Lugar CÁLIDO con
necesidades de
enfriamiento durante la
mitad de los meses del año
TEMPERATURA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PRO
14.8 13.3 12.1 11.2 10.6 10.4 10.9 12.5 14.8 17.7 20.7 23.6 25.9 27.5 28.0 27.8 27.2 26.3 25.1 23.6 21.9 20.1 18.3 16.5 19.2
15.3 13.7 12.4 11.4 10.8 10.6 11.2 12.8 15.2 18.3 21.5 24.5 27.0 28.6 29.2 29.0 28.4 27.4 26.1 24.6 22.8 20.9 18.9 17.0 19.9
16.4 14.7 13.4 12.4 11.8 11.6 12.2 13.8 16.4 19.5 22.8 26.0 28.6 30.3 30.9 30.7 30.1 29.0 27.7 26.0 24.1 22.1 20.1 18.2 21.2
18.6 17.0 15.7 14.6 14.0 13.8 14.4 16.1 18.6 21.8 25.1 28.2 30.7 32.3 32.9 32.7 32.1 31.1 29.8 28.2 26.4 24.5 22.5 20.5 23.4
21.7 20.3 19.0 18.1 17.6 17.4 17.9 19.4 21.7 24.5 27.6 30.5 32.8 34.4 34.9 34.7 34.1 33.2 32.0 30.5 28.8 26.9 25.1 23.4 26.1
26.0 24.9 23.9 23.2 22.7 22.6 23.0 24.2 26.0 28.2 30.6 32.8 34.6 35.8 36.2 36.1 35.6 34.9 34.0 32.8 31.5 30.1 28.7 27.3 29.4
27.0 25.9 25.1 24.4 24.0 23.9 24.3 25.3 26.9 28.9 31.1 33.0 34.7 35.7 36.1 36.0 35.6 34.9 34.1 33.1 31.9 30.6 29.4 28.1 30.0
26.6 25.6 24.7 24.1 23.7 23.6 24.0 25.0 26.6 28.6 30.6 32.6 34.2 35.2 35.6 35.5 35.1 34.5 33.6 32.6 31.5 30.2 29.0 27.7 29.6
26.4 25.4 24.6 24.0 23.6 23.5 23.8 24.8 26.4 28.2 30.2 32.2 33.8 34.8 35.2 35.1 34.7 34.1 33.2 32.2 31.1 29.8 28.6 27.4 29.3
24.1 22.9 21.9 21.2 20.8 20.6 21.0 22.2 24.1 26.4 28.9 31.3 33.2 34.5 34.9 34.7 34.3 33.5 32.5 31.3 29.9 28.4 26.9 25.4 27.7
19.1 17.7 16.5 15.6 15.1 14.9 15.4 16.9 19.1 21.9 24.8 27.5 29.7 31.1 31.6 31.4 30.9 30.0 28.9 27.5 25.9 24.2 22.5 20.8 23.3
16.1 14.7 13.6 12.7 12.2 12.0 12.5 13.9 16.1 18.8 21.6 24.3 26.5 27.9 28.4 28.2 27.7 26.8 25.7 24.3 22.7 21.1 19.3 17.7 20.2
21.0 19.7 18.6 17.8 17.2 17.1 17.5 18.9 21.0 23.6 26.3 28.9 31.0 32.3 32.8 32.7 32.1 31.3 30.2 28.9 27.4 25.8 24.1 22.5 24.9
34.72%
27.43%
37.85%
TEMPERATURA
TEMPERATURA
HUMEDAD
RELATIVA
Más de 27.8 Más de 70
Tn= 25.3 de 22.8 a 27.8 CONFORT de 30 a 70
Menos de 22.8 Menos de 30
Distribución de
rangos de
confort para
cada hora del
día

26. 12/12/2017
26
Humedad
Parámetro de Referencia: Los límites son fijos
para todas las ciudades entre 30 y 70%
Los meses de julio a octubre,
que presentan los más altos
porcentajes de humedad,
coinciden con las
temperaturas más altas, por
lo que deberían considerarse
las estrategias de
deshumidificación en
verano
Precipitación
Precipitación Media Anual:
690.1 mm
Nula o muy escasa de
febrero a junio
Mayor a 100 mm de julio a
octubre
En septiembre coinciden
lluvia intensa, altas
temperaturas y humedad
Parámetros de Referencia: Se analiza el cruce de las
dos gráficas. Cuándo hay mayor precipitación que
evaporación, se consideran meses húmedos con
lluvia.
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
W/m2
Radiación Solar
Máxima Directa Difusa Máxima Total Límite Superior Límite inferior
Parámetros de Referencia: Se considera
radiación alta cuando sobrepasa los 700 W/m2 y
baja cuando es menor a 500 W/m2
Radiación solar
global
Radiación Máx Directa > 500
W/m2 en mayo y junio, pero
nunca por encima de 700
Radiación Máx Total > 700
W/m2 en marzo, mayo y
junio

27. 12/12/2017
27
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
m/s
meses
Viento
Media Máxima Límite interior
Vientos
Parámetros de Referencia: Se considera viento fuerte
para interiores cuando la velocidad es mayor a 1.5 m/s.
Para exteriores esta velocidad aumenta a 2 m/s.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
N NE E SE S SO O NO
velocidadmedia(m/s)
Velocidad media por orientación
‐1
0
1
2
3
4
5
Porcentaje de Calmas
De julio a octubre la
velocidad media del viento
rebasa 1.3 m/s aprovechable
para estrategias de
ventilación en los meses de
más calor
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Rosa de los vientos
PROMEDIO ANUAL
El promedio anualizado
graficado en esta rosa de los
vientos demuestra que la
dirección dominante
corresponde al Suroeste y en
segundo lugar al Oeste.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
N NE E SE S SO O NO
velocidadmedia(m/s)
Velocidad media por orientación
‐1
0
1
2
3
4
5
Porcentaje de Calmas
Velocidad,
frecuencia y
dirección
Rosas de los
vientos
mensuales
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Enero
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Febrero
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Marzo
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Abril
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Mayo
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Junio
La dirección del viento cambia dentro de un rango predominante entre el Oeste y el
Suroeste, aunque ya en junio tiende a ser unidireccional por el Suroeste.

28. 12/12/2017
28
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Julio
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Agosto
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Septiembre
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Octubre
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Noviembre
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Diciembre
Será de vital importancia estudiar con detalle las estrategias de ventilación en
verano, temporada con los registros más altos de calor y precipitación, para
aprovechar al máximo sus posibilidades de atemperamiento para hacer más
confortables los espacios interiores.
Rosas de los
vientos
mensuales
-150.0
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
dg
meses
Días Grado
DG-Enfriamiento DG-Calentamiento
requerimientos de enfriamiento
Parámetros de Referencia: Relaciona TM con ZC. Cuando
el valor es positivo, se requiere enfriamiento y cuando es
negativo se requiere calentamiento. Cuando el valor es
cero las condiciones son confortables.
Días grado
las necesidades de
enfriamiento se concentran
en los meses de junio a
septiembre.
Abril, mayo, octubre y
noviembre arrojan un valor
0 por lo que se encuentran
dentro de los rangos de
confort térmico
diciembre a marzo
presentan necesidades de
calefacción en las
madrugadas
-20.0
-10.0
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
°C
meses
Temperatura media Precipitación
época lluviosa
Índice
ombrotérmico
Parámetro de Referencia: Marca la época de lluvias (cuando las plantas no requieren
riego). Están graficadas la temperatura media y la precipitación. Cuando la precipitación
es mayor a la temperatura, quiere decir que es la época lluviosa, cuando la precipitación
es menor a la temperatura es una época seca.
meses de lluvia en verano,
siendo agosto el mes con
más precipitación histórica
registrada
(Precipitación media = 165.3
mm)
La temporada seca de
Noviembre a junio
La época de lluvias y con
mayor humedad ambiental
coincide con la temporada de
calor intenso.