HUMIDADES EM EDIFÍCIOSFenómenos de condensação

António Moret RodriguesIST

ÍNDICE (1)Introdução:

Tipos de humidade (1 slide)Humidade de obra (1 slide)Humidade ascensional (1 slide)Humidade higroscópica (1 slide)Humidade de infiltração (1 slide)Humidade de condensação (2 slides)

Higrometria:O ar húmido (1 slide)Grandezas características (7 slides)Cartas psicrométricas (2 slides)Condensações superficiais (1 slide)

Transporte de humidade:Mecanismos (1 slide)

Higrospicidade:Conceito (1 slide)

Difusão do vapor:Lei de Fick (1 slide)Distribuição da pressão (1 slide)

Analogia difusão do vapor/calorDifusão do vapor:

Condensações interiores (1 slide)Risco de condensações

Digrama de Glaser (1 slide)Diagrama de Glaser

Zona de condensação (1 slide)Condensações: efeito do isolamento térmico (1 slide)

ÍNDICE (2)

INTRODUÇÃO: tipos de humidade A manifestação de humidade nos edifícios pode provocar graves perturbações funcionais, reduzindo a durabilidade dos materiais e as condições de habitabilidade (salubridade).Distinguem-se os seguintes tipos de humidade:humidade de obra;humidade ascensional (absorção e capilaridade);humidade por fenómenos de higrospicidade;Humidade de infiltração;humidade de condensação;humidade devida a causas fortuitas.

INTRODUÇÃO: humidade de obraA água utilizada no fabrico dosmateriais é normalmente adicionada em excesso, e a sua eliminação por secagem processa-se nos primeiros 6 meses a 1 ano após a conclusão da obra.

A esta água acresce também a água das chuvas durante a construção da obra.

Desta forma, nos primeiros tempos podem ocorrer sinais de humidade que decorrem do processo natural de secagem.

Manifesta-se nas paredes e pavimentos térreos, quando não são tomadas precauções para evitar a ascensão da água por absorção e capilaridade.

CriptoflorescênciasEflorescências

INTRODUÇÃO: humidade ascensional

INTRODUÇÃO: humidade higroscópica Resulta do facto de muitos materiais conterem sais com propriedades higroscópicas, ou seja, com capacidade de absorverem humidade do ar.

Estes sais dissolvem-se para uma humidade do ar acima dos 65-70%, voltando a cristalizar, com grande aumento de volume, quando esta baixa daqueles valores.

As anomalias caracterizam-se por manchas de humidade em zonas de grande concentração de sais.

INTRODUÇÃO: humidade de infiltração Resulta essencialmente da penetração da água da chuva, através de fissuras e juntas de construção (vãos de janela, ligações estrutura-parede).

Manifesta-se através de manchas que desaparecem no tempo seco, deixando por vezes auréolas características que tomam a forma de círculos concêntricos quando resultam de chuvadas acompanhadas de vento forte.

INTRODUÇÃO: humidade de condensação I

A regulamentação térmica procura prevenir a humidade de condensação, por ser uma das causas mais frequentes de patologias e de degradação do ambiente interior dos edifícios.

Este tipo de humidade resulta da condensação do vapor de água sobre os paramentos ou no interior dos elementos de construção e manifesta-se sob a forma de fungos ou bolores.

INTRODUÇÃO: humidade de condensação IIAs condensações estão associadas ambientes húmidos e mal aquecidos e/ou deficientemente ventilados.

Nestas condições a humidade do ar pode atingir o limite máximo permitido para o estado de vapor, ocorrendo neste caso mudança de fase, com a passagem ao estado líquido (condensação).

Para compreender as condições em que ocorrem as condensações é necessário recorrer à higrometria (psicrometria), que estuda e mede a humidade do ar atmosférico.

HIGROMETRIA: o ar húmidoO ar atmosférico é composto por uma série de gases, como o oxigénio, o azoto, o hidrogénio, o dióxido de carbono, etc., que entram na sua composição em percentagens mais ou menos fixas, e pelo vapor de água, cuja quantidade no ar é bastante variável.

Para simplificar o estudo, a higrometria divide o ar atmosférico em 2 únicos componentes: Ar seco(a), constituído por todos os gases com excepção do vapor de água, e Vapor de água (w).

À mistura Ar seco-Vapor de água a higrometria designa por Ar húmido.

HIGROMETRIA: grandezas características I

Temperatura (θ) e pressão (p)São as grandezas primárias do ar húmido, a partirdas quais podem ser constituídas todas as outras.

Numa mistura, a pressão exercida por cada gás componente, como se actuasse sózinho, designa-se por pressão parcial desse gás.

No caso do ar húmido há a considerar a pressãototal da mistura (p), a pressão parcial do ar seco(pa) e a pressão parcial do vapor de água (pw).

Pela lei de Dalton verifica-se a relação: p=pa+pw .

HIGROMETRIA: grandezas características IIA higrometria admite que o ar húmido, e portanto também os seus dois componentes, obedecem à lei dos gases perfeitos p=ρ⋅R (θ + 273.15).Assim:

Ar seco pa=ρa⋅287 (θ + 273.15) (Pa)Vapor de água pw=ρw⋅461 (θ + 273.15) (Pa)

Humidade absoluta (ρw)É a massa de vapor de água contido em cada m3

de ar húmido ou, o que é equivalente, a massa específica de vapor de água contido no ar húmido:

VMw

w =ρ (Kg/m3)

HIGROMETRIA: grandezas características III

Teor de humidade (W)É a massa de vapor de água por unidade demassa de ar seco:

Sendo Mw=ρwV e Ma= ρaV, em que V é o volumeconsiderado da mistura, pode-se escrever:

a

w

MMW = (Kg H2O/Kg ar seco)

a

w

pp

461287W = ou

w

w

ppp622.0W−

=

HIGROMETRIA: grandezas características IVHumidade relativa (ϕ)É a relação entre a massa de vapor de água contida num m3 de ar húmido (w) e a massa devapor de água que o mesmo conteria se fossesaturado (s) à mesma temperatura e pressão:

A partir das equações de estado pode-se também escrever:

p,s

w

MM

θ

=ϕ oup,s

w

θρρ

=ϕ (%)

p,s

w

pp

θ

=ϕ ps – pressão de saturação dovapor de água

HIGROMETRIA: grandezas características V

A pressão de saturação do vapor de água éuma função exclusiva da temperatura e pode serdeterminada por uma das seguintes correlações ps=f(θ) (para θ ≥ 0):

Lei exponencial

Lei parabólica

Ocorre condensação quando pw=ps ⇒ ϕ=100%.

θ+θ

≅3.237

269.17exp5.610ps

58.427841.0018463.0p 2s +θ+θ≅

(Pa)

(mmHg)(1 mmHg=133.322 Pa)

HIGROMETRIA: grandezas características VI

Grau de saturação (µ)É a relação entre o teor de humidade do ar húmido e o teor de humidade do ar saturado àmesma temperatura e pressão:

Quando o ar está saturado µ=ϕ=1, mas caso contrário µ≠ϕ, embora sejam muito próximos.

p,sWW

θ

=µs

s

ppppϕ−−

ϕ=µ (%)ou

HIGROMETRIA: grandezas características VII

Ponto de orvalho (θd)É a temperatura (θd) para a qual a pressão dovapor de água (pw) do estado do ar húmido considerado é igual à pressão de saturação correspondente a essa temperatura (ps(θd)).

Desta definição resulta que a temperatura deorvalho se pode obter da relação pw=ps(θd), comps(θ) dado por uma das relações apresentadas.

Da lei exponencial: ( )( )5.610/pln269.17

5.610/pln3.237

w

wd −≅θ (ºC)

HIGROMETRIA: cartas psicrométricas IAs cartas psicrométricas permitem determinar todas as grandezas características do ar húmidoa partir do conhecimento de duas delas.

Num sistema (θ,pw) acurva de saturação(curva de ϕ=100%)obtém-se de ps=f(θ).

Um estado do ar húmido fica representado por um ponto. No caso de A, ϕA=pwA/ps(θ1) e acurva de ϕ=ϕA obtinha-se de pw=ϕA·ps(θ). Nafigura está também representado θd.

HIGROMETRIA: cartas psicrométricas IIA equação da família de curvas de igual valor dehumidade relativa é pw=ϕ·ps(θ), em que ϕ é umparâmetro. Cada valor de ϕ fixa uma curva dessa família.

Cada curva representa o lugar geométrico dospontos que têm uma mesma humidade relativa.

Sobre a curva desaturação tem-se ϕ=100%.

HIGROMETRIA: condensações superficiais

Apwi

ϕi

θdθp θi

Quantidade de águacondensada

θi

θp

ϕi

AEstado do arhúmido interiorcaracterizado pelo ponto A.

Ocorremcondensações se:θp ≤ θdou, o que éequivalente, se:,pwi ≥ ps(θp)

TRANSPORTE DE HUMIDADE: mecanismosA transferência de humidade através dos poros ecapilares de um elemento pode processar-se nas fases de vapor (difusão) e líquida (capilaridade).Os fenómenos de difusão e capilaridade são função do teor de humidade do material. Abaixo dum teor de humidade crítico o transporte por capilaridade não é possível.

Teor de humidade inferior ao crítico Teor de humidade superior ao crítico

Existem circuitos integralmente fechados por líquido

Não existe nenhum circuito integralmente fechado por líquido

HIGROSPICIDADE: conceitoMuitos materiais são higroscópicos, ou seja, têm a capacidade de reter no interior dos seus poros uma certa quantidade da humidade do ar até atingirem um estado de equilíbrio com o ambiente.

Este processo de fixação da humidade designa-se por “adsorção”:

b) Fixação de várias camadas de moléculas de água sobre a primeira camada adsorvida;

c) Condensação capilar quando o diâmetro d do poro é suficientemente pequeno, da ordem dos 2 a 20 n.m ( ).m10m.n1 9−=

a) Adsorção mono-molecular caracterizada pela fixação duma camada de moléculas de água na superfície dos poros;

DIFUSÃO DO VAPOR: lei de Fick Se num elemento permeável ao vapor, existir um desequilíbrio das pressões parciais de vapor (pw)entre 2 pontos afastados de ∆x, ocorre migração de vapor do ponto a pressão mais elevada (pw1) para o ponto a pressão mais baixa (pw2).

Este processo de transferência denomina-se por difusão de vapor e é regido pela lei de Fick:

xpp.g 2w1w

∆−

π=Forma discretaunidimensional: wpgrad.g

→π−=

rForma diferencial:

g – Densidade de fluxo de vapor de água (g/m2.h)

π - Permeabilidade ao vapor de água (g/m.h.mmHg ou g/m.h.Pa)

DIFUSÃO DO VAPOR: perfil da pressãoElemento monocamada

Elemento multicamada

pw

x

pw0

pwe

g

e

Na ausência de retenção de água (devida a higrospicidade, condensação),a distribuição da pressão de vapor, como a temperatura (lei de Fick e Fourier similares), é também linear:

xe

ppp)x(p 0wwe

0ww ⋅−

+= ( )we0wD ppKg −=

eK D

π= - Permeância ao vapor

DD K

1R = - Resistência à difusão do vapor de água

pw0

pw1 pw2

pw3pwe

pwi

e1 e2 e3

g g

π1 π2 π1βi βeAdmitindo de novo que o fluxo se conserva,

e3

1k k

ki

wewi

e

we3w

3

33w2w

2

22w1w

1

11w0w

i

0wwiepppp

epp

epp

eppppg

β+π

+β

−=

β−

=

π

−=

π

−=

π

−=

β−

=

∑=

donde:

( )wewiD ppKg −= com Usualmente as resistências superficiais à difusão do vaporpodem desprezar-se (βi≈βe≈0)

β+

π+β= ∑

ke

k

kiD

e/1K

g

ANALOGIA DIFUSÃO DO VAPOR/CALOR

Densidade de fluxo de vapor através do elemento:

Densidade de fluxo de calor através do elemento:

Pressões de vapor dos ambientes:Temperaturas dos ambientes

Resistência à difusão do vapor de um elemento com n camadas:

Resistência térmica de um elemento com n camadas:

Permeabilidade ao vapor de águaπ (g/m.h.mmHg) ou (kg/s.m.Pa)

Condutibilidade térmicaλ (W/mºC)

VAPOR DE ÁGUACALOR

∑ +λ

+=n

jej

j

it h

1eh1R ∑ β+

π+β=

n

je

j

jiD

eR(m2.ºC/W) (m2.h.mmHg/g)

ou (m2.h.Pa/g)

θi (ºC) θe (ºC)pwi (mmHg)

ou(Pa)

pwe (mmHg)ou(Pa)

t

ei

Rq

θ−θ= (W/m2)

D

wewi

Rpp

g−

= (g/m2.h)

DIFUSÃO DO VAPOR: condensações interiores

O critério de ocorrência de condensações no interior dos elementos é o mesmo já referido apropósito das condensações superficiais: sempre que em qualquer ponto se tenha pw ≥ ps(θ).

Isto implica conhecer o traçado da pressão parcial de vapor ao longo do elemento e da pressão de saturação que se verifica em cada ponto, e que éfunção da temperatura do mesmo.

Um método simples de avaliar o risco de ocorrência de condensações consiste em representar aquelas curvas num mesmo gráfico (digrama de Glaser) e avaliar a sua possibilidade de intersecção.

RISCO DE CONDENSASÕES: diagrama de Glaser

No diagrama de Glaser podem ocorrer 2 situações:a curva de pressão de saturação não intersecta a distribuição de pressão parcial de vapor de água - não existe risco de ocorrência de condensações.

A curva de pressão de saturação intersecta a de distribuição de pressão de vapor. Demarca-se uma zona em que pw > ps, o que não é fisicamente possível – há lugar a condensações.

pwe

pwi

θi

θsi

θse θe

pw

ps

psi

pse

pwe

pwi

θi

θsi

θse θepw

ps

psi

pse

Determinação da zona de condensaçãoZona pw < ps – nesta zona não existe risco de condensação: o fluxo mantém-se constante e a pressão de vapor é linearZona pw > ps - nesta zona ocorre condensação com deposição de água líquida: o fluxo de vapor diminui e pw= ps, sendo (x1, pw1) e (x2, pw2) os pontos de tangência. A quantidade de água retida tira-se da diferença entre os fluxos de entrada e de saída:

−−

−−

π=2

we2w

1

1wwil xe

ppx

ppm& (g/m2.h)

pwe

pwi

θi

θsi

θse θe

pw =ps

psi

pse

xx1 x2

pw1

pw2

0 e

DIAGRAMA DE GLASER: zona de condensação

CONDENSAÇÕES: efeito do isolamento térmico

ISOLAMENTO PELOEXTERIOR

ISOLAMENTO PELOINTERIOR

Temperatura

Pressão de saturação

Pressão devapor

ParedeIsolamentotérmico Parede

Isolamentotérmico

Condensação

InteriorInterior

O fenómeno da condensação ocorre sempre que a pressão de Vapor atinge a pressão de saturação. O risco de condensações internas é maior para o caso de isolamento térmico pelo interior.

Pressão de saturação

Pressão devapor

Temperatura