26.4.14

TEMPERATURA Y CONDENSACIONES EN CERRAMIENTOS

1. Principios generales
El aire atmosférico contiene cierta cantidad de vapor de agua que varía de una manera cíclica con los cambios estacionales o circunstancial, dependiendo de la producción esporádica de vapor de agua.
A una temperatura dada el aire no puede contener en estado de vapor más que una cantidad de agua inferior a un nivel máximo denominado de saturación (13 g/kg a 18 °C, por ejemplo).
Cuando el contenido de vapor de agua es menor (10,4 g/kg, por ejemplo), el aire no está saturado y se caracteriza por su humedad relativa o relación entre el peso o presión de vapor de agua existente y el vapor de agua saturante (10,4/13 = 80%).
La presión de saturación será más elevada a medida que la temperatura del aire sea más alta, como se ve en el ábaco psicrométrico adjunto al final del anexo. Una masa de aire inicialmente no saturada (80% a 18 °C, por ejemplo) llevada a una temperatura más baja puede alcanzar el nivel de saturación sin necesidad de ver modificada su presión de vapor de agua. A partir de este punto parte del vapor de agua se condensará en estado líquido. La temperatura a partir de la cual se produce esta condensación se denomina punto de rocío del ambiente considerado (14 °C, en este ejemplo).
Así, pues, se producirá siempre el fenómeno de la condensación cuando el aire descienda su temperatura hasta un nivel igual o inferior a su punto de rocío, o cuando el vapor contenido en el aire se encuentre en contacto con un cerramiento u objeto cuya temperatura sea inferior al punto de rocío.
2. Gradiente de temperaturas en los cerramientos
Debido a la diferencia de temperaturas del aire a ambos lados de los cerramientos, se produce un movimiento o flujo de calor desde el lado más caliente al más frío. La magnitud de este intercambio depende directamente de la resistencia térmica que ofrezca dicho cerramiento.
En estado estacionario, este flujo de calor producirá un gradiente de temperatura en el cerramiento que nos permitirá conocer la temperatura de cualquier punto del mismo.
Para realizar este cálculo pueden seguirse dos procedimientos: uno analítico y otro gráfico, resultando éste generalmente más cómodo.
Analíticamente puede establecerse que:


donde:
Ti Es la temperatura del ambiente interior, en °C.
Te Es la temperatura del ambiente exterior, en °C.
ti Es la temperatura superficial interior del cerramiento, en °C.
RT Es la resistencia térmica total del cerramiento en h m2 °C/kcal (m2 °C/W).
1/hi Es la resistencia térmica superficial interior del cerramiento, en h m2 °C/kcal (m2 °C/W).
Lo que gráficamente se expresa en las figuras en diagramas de temperaturas-resistencias térmicas y temperaturas-espesor.


En un cerramiento formado por varias hojas la caída de temperatura de cada una de las hojas puede calcularse:


Donde:
Dtn Caída de temperatura en la hoja n, en °C.
Ti y Te Definidos anteriormente.
en Espesor de la hoja n, en m.
ln Conductividad térmica de la hoja n, en kcal/h m °C (W/m °C).
RT Definido anteriormente.
rn Resistencia térmica de la hoja n.
DT Diferencia de temperaturas exterior e interior, te – ti.
La expresión gráfica se da en las figuras adjuntas que permiten calcular gráficamente la temperatura estructural del cerramiento.
3. Cálculo de condensaciones superficiales
Los factores que intervienen en la posibilidad de que se produzcan condensaciones superficiales interiores en un cerramiento son:
• Coeficiente de transmisión térmica K del cerramiento.
• Temperatura Ti y humedad relativa HR del ambiente interior (factores que determinan la temperatura o punto de rocío tr) y
• Temperatura del aire exterior Te.
Como se vio en el apartado 2 la diferencia de temperaturas entre el aire interno de un local y los cerramientos que lo delimitan es proporcional al poder aislante de éstas y a la diferencia de temperaturas entre los ambientes interior y exterior.
De aquí se deduce que, en un régimen estable de paso de calor, la temperatura superficial interna de una pared se obtiene de la expresión:


donde las notaciones tienen el mismo significado que en 2.
Para la resistencia térmica superficial interior 1/hi se tomarán los siguientes valores, tomados de la Tabla 2.1 del Anexo 2:
0,13 h m2 °C/kcal, (0,11) m2 °C/W, para cerramientos verticales con flujo de calor horizontal.
0,11 h m2 °C/kcal, (0,09) m2 °C/W, para cerramientos horizontales con flujo de calor de abajo arriba.
(0,20 h m2 °C/kcal, (0,17) m2 °C/W, para cerramientos horizontales con flujo de calor de arriba abajo.
Con los ábacos siguientes puede obtenerse gráficamente el valor de la diferencia entre la temperatura del aire interior Ti y la temperatura superficial interior ti del cerramiento. Entrando para cada ábaco con la diferencia de temperaturas interior y exterior, Ti – Te, se corta horizontalmente a la recta correspondiente al valor de K del cerramiento y en la vertical se obtiene el valor de la diferencia Ti – ti.


Por ejemplo, para una temperatura interior de 18 °C, exterior de 0 °C y un cerramiento vertical con K = 1,50 kcal/h m2 °C, la diferencia entre la temperatura del ambiente interior y la de la superficie interior del cerramiento será de 3,6 °C.


De este valor podremos deducir el de ti, que nos permite saber que no habrá condensaciones superficiales mientras se cumpla la condición:


Siendo tr la temperatura o punto de rocío del ambiente interior a una temperatura Ti y humedad relativa HR dadas.
El valor de tr puede obtenerse en el ábaco psicrométrico adjunto. Análogamente, para unos valores dados de ti y Ti puede determinarse cuál es el valor de la humedad relativa HR interior con la que se producirán condensaciones superficiales.
4. Eliminación del riesgo de condensación superficial por renovación de aire
La elevación de la humedad relativa en un local está limitada por la renovación del aire interior por aire con menor presión de vapor procedente del ambiente exterior o de otro local próximo. Si Pvi y Pve son, respectivamente, las presiones de vapor de agua interior y exterior, N el número de renovaciones horarias de aire, el producto (Pvi – Pve)N la cantidad de vapor eliminada, en gramos por hora y por metro cúbico de local y V la cantidad de vapor de agua producida de una manera continua en el tiempo y en el espacio, es decir, en g/m3 h, el riesgo de condensación se evitará cuando:


Siendo Pvi menor o igual a la presión de vapor de saturación a la temperatura superficial interior ti.
La presión de vapor exterior Pve debe estimarse para los cálculos como la correspondiente a la temperatura mínima media del mes más frío con una humedad relativa del 95%.
La presión de vapor interior Pvi será la correspondiente a la temperatura interior de uso del local con una humedad relativa interior que no podrá ser superior al 75%, excepto los locales húmedos como cocinas o baños donde eventualmente se admite que sea del 85%.
Cuando en el local exista un sistema de calefacción seca será suficiente para los cálculos estimar que la humedad relativa interior es del 60%.
Como orientación a la producción típica de vapor de agua, en una vivienda de tres dormitorios pueden darse 7 kg/día, correspondientes a las siguientes fuentes de emisión:


A estas fuentes regulares de emisión de vapor de agua pueden añadirse otras eventuales.
5. Eliminación del riesgo de condensación superficial por mejora del aislamiento térmico del cerramiento
Otra de las vías posibles para evitar la condensación de agua sobre las superficies interiores de un cerramiento exterior es el aumento del aislamiento térmico del cerramiento mediante el suplemento de un material aislante o incremento del espesor del que inicialmente se ha proyectado.
A continuación se expone el procedimiento de cálculo del espesor mínimo de este aislamiento suplementario.
Sustituyendo en la expresión del apartado 3 la temperatura superficial interior ti por la temperatura de rocío del aire interior tr y operando, el coeficiente de transmisión de calor queda:


en la que Te es el valor de la temperatura exterior. Si se considera que la resistencia térmica total del muro aislado 1/K es la suma de la resistencia térmica de éste sin aislar 1/K0 más del aislamiento e/l, se tiene que:


donde:
e Espesor del material aislante suplementario, en m.
l Conductividad térmica del aislamiento en kcal/m h °C (W/m °C).
Ko Coeficiente de transmisión de calor del cerramiento sin aislamiento, en kcal/m2 h °C (W/m2 °C).
Sustituyendo en la segunda fórmula el valor de K dado en la primera, y operando se obtiene:


que da el espesor de un aislamiento suplementario de conductividad térmica l para el cual no se producen condensaciones superficiales en un cerramiento de resistencia térmica 1/K0 para unas condiciones higrométricas del aire ambiente dadas.
6. Otras recomendaciones para evitar condensaciones superficiales interiores
En climas fríos e incluso templados, no se puede garantizar la ausencia de condensaciones superficiales interiores, especialmente en viviendas, en tanto en cuanto éstas no dispongan de un sistema de calefacción uniforme, y de una correcta ventilación.
En edificios que carezcan de calefacción, el revestimiento interior, preferiblemente será de un material absorbente que no se deteriore con la humedad y se recomienda colocar una pintura fungicida. La calefacción de que estén dotadas algunas de las habitaciones, será preferiblemente seca, y en el caso de que así no lo sea, se recomienda evacuar directamente al exterior los productos de la combustión. En los locales con mayor humedad ambiente, cocinas, aseos y baños, el revestimiento es aconsejable que sea impermeable y deben estar dotados de una extracción de aire permanente, extracción que, en la cocina, es aconsejable que esté localizada en la zona de mayor producción de vapor y dotada de la campana correspondiente.
En los cerramientos con puentes térmicos, se recomienda que la diferencia de temperaturas entre el ambiente interior y las diversas partes del cerramiento cumpla la relación:


siendo:
Ti temperatura ambiente interior.
ti temperatura superficial interior, que será mínima en el puente térmico y normal en la parte normal del muro.
A estos efectos se consideran fachadas ligeras aquellas cuyo peso por metro cuadrado es inferior a 200 kg y fachadas pesadas al resto.