Humidades
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HUMIDADES EM EDIFÍCIOSFenómenos de condensação
António Moret RodriguesIST
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)
ÍNDICE (1)
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.
INTRODUÇÃO: humidade ascensional 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 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 àhigrometria (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 partir das 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 pressão total 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 àlei 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 de massa de ar seco:
Sendo Mw=ρwV e Ma= ρaV, em que V é o volume considerado 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 de vapor de água que o mesmo conteria se fosse saturado (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 ser determinada 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 do vapor 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 de orvalho se pode obter da relação pw=ps(θd), com ps(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 húmido a partir do conhecimento de duas delas.
Num sistema (θ,pw) a curva 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 a curva de ϕ=ϕA obtinha-se de pw=ϕA·ps(θ). Na figura está também representado θd.
HIGROMETRIA: cartas psicrométricas IIA equação da família de curvas de igual valor de humidade relativa é pw=ϕ·ps(θ), em que ϕ é um parâmetro. Cada valor de ϕ fixa uma curva dessa família.
Cada curva representa o lugar geométrico dos pontos que têm uma mesma humidade relativa.
Sobre a curva de saturação 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 e capilares 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 atéatingirem 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 Δx, 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
Δ−
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
CALOR VAPOR DE ÁGUACondutibilidade térmica
λ (W/mºC)
Permeabilidade ao vapor de águaπ (g/m.h.mmHg) ou (kg/s.m.Pa)
Resistência térmica de um elemento com n camadas:
Resistência à difusão do vapor de um elemento com n camadas:
Temperaturas dos ambientes Pressões de vapor dos ambientes:
Densidade de fluxo de calor através do elemento:
Densidade de fluxo de vapor através do elemento:
∑ +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 a propósito 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 – hálugar a condensações.
pwe
pwi
θi
θsi
θse θe
pw
ps
psi
pse
pwe
pwi
θi
θsi
θse θepw
ps
psi
pse
DIAGRAMA DE GLASER: zona de condensação
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
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