La industria del techado continúa debatiendo sobre las barreras de vapor, pero debería estar discutiendo sobre las barreras de aire.
Uno de los principales propósitos del cerramiento de un edificio es mantener la humedad fuera de este. Lo que dificulta esto es que el agua se presenta en muchas formas y puede tomar muchos caminos para ingresar a un edificio. Por lo tanto, los diseñadores deben considerar el agua en volumen, el agua capilar, la humedad transportada por el aire y el vapor de agua, y tratar cada una de estas con diferentes formas de defensa.
Agua en sus numerosas formas
El agua en volumen (es decir, lluvia y nieve) se mantiene fuera del edificio mediante membranas de techo y fachadas de todo tipo. El agua capilar es principalmente un problema relacionado con el suelo, donde el agua se mueve hacia el interior a través del cerramiento por acción capilar. Para evitar esta intrusión, se utilizan sistemas impermeabilizantes de cimentación y capas o componentes de barrera contra el agua. El agua transportada por el aire, como su nombre lo indica, es llevada al interior por el aire que se infiltra a través del cerramiento. El vapor de agua entra en el edificio mediante el proceso de difusión a través de los materiales del cerramiento.
Figura 1: 1) Agua en volumen, 2) Agua capilar, 3) Agua transportada por el aire, 4) Difusión de vapor
Existe un orden de prioridad para prevenir la intrusión de agua. El agua en volumen es la más crítica, seguida por el agua capilar, luego la humedad transportada por el aire, y finalmente, aunque sigue siendo importante, la difusión de vapor.
Las industrias del diseño, la manufactura y la construcción son bastante efectivas en mantener el agua en volumen fuera de los edificios. También son bastante eficaces en evitar la entrada de agua capilar. Sin embargo, hasta hace poco no se le había dado suficiente atención a la necesidad de mantener el aire fuera de los edificios. Por eso, el Código Internacional de Conservación de Energía (IECC), desde 2012, exige que todos los edificios nuevos incluyan una barrera de aire. La razón principal de las barreras de aire es evitar que el aire acondicionado se escape y que el aire exterior se infiltre, pero también previenen que la humedad contenida en el aire entre y salga del edificio. Puede ser una razón secundaria, pero aun así es importante.
Quizás te preguntes por qué la humedad transportada por el aire representa un problema mayor que la difusión de vapor. De hecho, la industria de los techos ha discutido los retardadores de vapor durante décadas, pero solo recientemente se ha enfocado en las barreras de aire. Pero "en aquellos tiempos", los retardadores de vapor a base de asfalto instalados en varias capas sobre la cubierta del techo y debajo del aislante también actuaban como barreras de aire muy efectivas.
Difusión versus movimiento del aire
Comparemos la difusión de vapor y la fuga de aire desde la perspectiva de cuánta agua transporta cada proceso. Lstiburek1, et al, determinaron que —en climas cálidos— aproximadamente 1½ pintas de agua se difunden a través de un tablero de yeso de 4' x 8', y aproximadamente 14 pintas de humedad se transportan por el aire que pasa a través de un orificio de 1" x 1" en el mismo tablero. La misma investigación mostró que —en climas fríos— aproximadamente 2/3 de una pinta de agua se difunden a través de un tablero de yeso de 4' x 8', y aproximadamente 60 pintas de agua se transportan por el aire a través de un orificio de 1" x 1" en el mismo tablero.
Dicho de otro modo: en climas cálidos, el aire moviliza 10 veces más humedad que la que se difunde, y en climas fríos, esa cantidad es de 100 veces más. Esto explica por qué es mucho más crítico prevenir la humedad transportada por el aire que el vapor de agua que entra por difusión.
Se ha sugerido que la infiltración y exfiltración de aire representan entre el 25 y el 40 por ciento de la pérdida total de calor en un edificio en clima frío y entre el 10 y el 15 por ciento de la ganancia total de calor en clima cálido.2 Esto probablemente explica por qué el IECC tiene requisitos de barreras de aire pero no tiene requisitos significativos sobre barreras de vapor para el cerramiento del edificio.
2.ª ley de la termodinámica
Hay una regla simple que define cómo se mueven el calor, el aire y la humedad: se trata de la 2.ª ley de la termodinámica. Suena complicado, pero simplifiquémoslo. Lo que dicha ley significa en términos de ciencia de la construcción y techado es lo siguiente:
- El calor se mueve hacia el frío
- La humedad se mueve hacia lo seco
- La alta presión se mueve hacia la baja presión
El calor, la humedad y la presión siempre tienden a equilibrarse cuando existen caminos disponibles para hacerlo. Por eso, durante el invierno, el aire cálido y húmedo del interior tiende a salir del edificio hacia el exterior frío y seco.
En los sistemas de techo, la 2.ª ley de la termodinámica ayuda a explicar por qué —durante los meses fríos del invierno— el aire cálido y húmedo del interior (por ejemplo, 75 °F, 50% HR) se infiltra en el sistema de techo si no hay una barrera de vapor o barrera de aire. El aire cálido y húmedo se iguala con el exterior donde el aire es más frío y seco. Puede haber otras razones para que esto ocurra, como el efecto chimenea, el viento y el abombamiento de la membrana, y la presurización interna por los sistemas mecánicos. Así que hablemos de eso también.
Movimiento del aire
El efecto chimenea, en términos simples, es el hecho de que el aire caliente asciende. En una columna alta y estrecha, como un rascacielos, este efecto puede ser muy pronunciado. Cuando el aire caliente asciende, se crea una mayor presión en la parte superior del interior del edificio. Ese aumento de presión también significa que el aire cálido y húmedo escapará por cualquier camino disponible. Se escapará hacia el techo o hacia cualquier conducto de aire que conduzca al exterior. (Por eso ahora las barreras de aire son un requisito del código energético para las construcciones nuevas. (Hablaremos más sobre esto en un momento).
El abombamiento de la membrana ocurre cuando el viento crea una presión negativa sobre el sistema de techo y levanta la membrana entre las filas de sujetadores en las uniones. Una membrana abombada introduce aire del interior en el sistema de techo, sin importar la temperatura o los niveles de humedad.
El equipo de aire acondicionado y calefacción impulsa aire a través de los ductos hacia el interior de un edificio. Al forzar la entrada de aire acondicionado en un espacio, ese espacio puede quedar ligeramente presurizado. No en gran medida, pero sí lo suficiente como para crear un desequilibrio entre el interior y el exterior, forzando el ingreso de aire interior al sistema de techo.
Figura 3: Procesos que generan flujo de aire a través del cerramiento del edificio. FUENTE: Building Science Digests, BSD-014: Air Flow Control in Buildings, John Straube, 15 de octubre de 2007
Un escenario menos deseable para la infiltración de aire y humedad en un sistema de techo instalado correctamente es usar un sistema con sujeción mecánica (MA) con una sola capa de aislante sin una barrera de vapor/barrera de aire (VR/AB). El sistema MA se abomba, la falta de VR/AB permite que el aire cálido y húmedo entre en el sistema de techo y las uniones de los paneles permiten una vía directa para el flujo de aire desde la plataforma base hasta la membrana.
Figura 4: Un escenario de diseño de techo menos deseable para la infiltración de aire y humedad en un sistema de techo.
Un escenario más deseable es un sistema de techo adherido con múltiples capas de aislante (con uniones de paneles desplazadas y escalonadas) sobre una VR/AB. Este sistema ayuda a reducir el riesgo de que ocurran estos procesos perjudiciales. El resultado final puede ser un sistema de techo con mayor durabilidad y rendimiento térmico, y un edificio con mejor eficiencia energética. (Desde luego, el ahorro energético real puede variar según varios factores, como la zona climática, tarifas de servicios públicos, etc.)
Figura 5: Un diseño de techos que mejora la durabilidad y el rendimiento térmico.
Retardadores de vapor y barreras de aire
Los retardadore de vapor hacen exactamente lo que indica su nombre: reducen la difusión del vapor, pero no todos los retardadores de vapor son iguales. Existen 3 clases de materiales de retardadores de vapor, como se muestra en la figura. Cuanto menor es la clasificación de permeabilidad, menor es la difusión a través del material. La mayoría de las membranas de techo son retardadores de vapor de Clase I. Un retardador de vapor bituminoso, autoadherente y de una sola capa tiene una clasificación de 0.03 perms. La madera contrachapada (1/4", abeto Douglas, pegamento para exteriores) es un retardador de vapor de Clase II con una clasificación de 0.7 perms. La misma madera contrachapada con pegamento para interiores es un retardador de vapor de Clase III con una clasificación de 1.9 perms. Las clasificaciones de permeabilidad de otros materiales para techos se muestran en la figura. Recuerda que estas son clasificaciones de materiales; el sistema completo debe estar diseñado e instalado correctamente para que funcione adecuadamente.
Figura 6: Tres clases de retardadores de vapor
Figura 7: Clasificaciones de permeabilidad de materiales comunes para techos.
Desde la perspectiva de un diseñador, si se necesita un retardador de vapor, ¿qué clase se debería usar? Si se utiliza un retardador de vapor de Clase I, la preocupación es que cualquier humedad (por ejemplo, humedad de construcción debido a los métodos de instalación, el clima, etc.) que entre al sistema de techo no pueda secarse. Con frecuencia, conviene seleccionar un retardador de vapor que permita algo de secado mediante difusión. Excepciones a esta idea incluyen techos sobre piscinas cubiertas y otras actividades o procesos que generen alta humedad. Otra excepción es que debe instalarse un retardador de vapor de Clase I sobre una plataforma base de concreto nueva para evitar que la humedad del concreto se seque hacia el sistema de techo.
Aquí va un dato clave: todos los retardadores de vapor bloquean el aire, pero no todas las barreras de aire bloquean la difusión del vapor. Es decir, cuando se incorpora un retardador de vapor en el sistema de techo, este cumple también la función de barrera de aire. La salvedad es que el retardador de vapor debe estar sellado en todos los perímetros y penetraciones, y conectado con la barrera de aire del muro para evitar que el aire pase por fuera de la capa del retardador de vapor. Entonces, en términos prácticos, todos los retardadores de vapor son barreras de aire si están instalados para bloquear el paso del aire.
Con miras al futuro
La forma tradicional de diseñar techos con retardadores de vapor es instalar un retardador de vapor asfáltico (una lámina modificada de una sola capa o una doble capa de asfalto) directamente sobre la plataforma base o sobre un tablero rígido fijado. ¿Y si ese tablero rígido o cubierta de madera contrachapada fuera reconocido como la capa de barrera de aire, pero tuviera una clasificación de permeabilidad moderada o alta? Dado que el movimiento del aire transporta entre 10 y 100 veces más humedad en comparación con la difusión, ¿quizás deberíamos considerar el uso de un retardador de vapor de Clase II o III (por ejemplo, un tablero rígido o cubierta de madera contrachapada) instalado como una barrera de aire efectiva que también permita cierto potencial de secado? La industria de los muros viene haciendo esto desde hace tiempo. ¿Deberían diseñarse nuestros sistemas de techos de forma similar? Un tablero de fibra de yeso tiene una clasificación de permeabilidad de aproximadamente 24 a 30 perms, dependiendo del espesor. Si dicho tablero se fija a una plataforma base de acero y se sellan las uniones y transiciones, podría ser una barrera de aire efectiva que permita cierto secado. ¡Algo que los diseñadores de techos deberían considerar!
El diseño del sistema de techo siempre es responsabilidad del diseñador, pero quizá los diseñadores en la industria de los techos puedan aprender algo de la industria de los muros. Siempre hay más por aprender y comprender sobre la ciencia de la construcción de nuestros sistemas de techo.
1Building Science Corporation, Build Boston-2005, Thermal and Air Leakage Control, presentación de Betsy Pettit, AIA
2"The Hidden Science of High-Performance Building Assemblies", Environmental Building News, noviembre de 2012
