Preparado con los coautores Thomas J. Taylor, PhD, y James Willits
Excepto en climas extremadamente áridos, siempre hay cierta cantidad de vapor de agua en el aire que nos rodea. Cuando el aire entra en contacto con una superficie fría, el vapor de agua se condensa como un líquido sobre ella. Un buen ejemplo de esto son las gotas de agua que se forman en la parte externa de un vaso con agua helada. Esas gotas se conocen comúnmente como "condensación" y son lo que resulta cuando el aire se pone demasiado frío para mantener el vapor de agua que contiene. Incluso cuando no hay una superficie fría disponible, si la temperatura del aire cae repentinamente, el vapor de agua se condensa como niebla o vapor. El aire solo puede contener cierta cantidad de agua: más a temperaturas más altas y menos a temperaturas frías.
Veamos esto con un poco más de detalle, echando un vistazo a...
Humedad relativa
Sabemos que el aire contiene vapor de agua, pero necesitamos definir cuánta cantidad contiene. A cualquier temperatura, existe una cantidad máxima de agua que el aire puede contener. Cuando medimos cuánta agua hay realmente en el aire, expresamos ese número como un porcentaje de esa cantidad máxima. Para la mayoría de las personas, una humedad relativa del 50 al 60 % es muy cómoda, pero la mayoría de nosotros puede tolerar fácilmente entre el 30 y el 70 %. La humedad relativa por debajo del 30 % es notoriamente seca y por encima del 70 % es cuando las personas empiezan a comentar sobre lo húmedo que se siente.
Comparemos Miami y Phoenix para ver cómo entra en juego la humedad relativa. En Miami, una bebida fría puede servirse con una servilleta alrededor para absorber la condensación que se forma en el vaso. Pero en Phoenix, podría haber tan poca condensación en el vaso frío que no se necesite una servilleta. ¿Por qué es eso? La humedad relativa es el principal factor contribuyente. La razón es que la humedad relativa en Miami probablemente esté por encima del 65 %, es decir, el aire contiene el 65 % de la humedad que puede retener. Por el contrario, el aire en Phoenix probablemente esté seco con una humedad relativa de alrededor del 35 %, lo que causa muy poca condensación. Así que, para recapitular, la humedad relativa es una relación de cuánta cantidad de vapor de agua hay en el aire en relación con lo que el aire puede contener a una temperatura dada. La palabra "relativa" hace referencia al hecho de que la capacidad del aire para retener humedad varía según la temperatura. Mientras más cálido sea el aire, mayor será la cantidad de humedad que puede contener. Cuanta más humedad contiene, mayor será el volumen de condensación que se forma en una superficie fría. Ahora hablemos del punto de rocío.
…la capacidad del aire para retener humedad varía según la temperatura.
Punto de rocío
El punto de rocío es una temperatura específica a una humedad dada en la que el vapor de agua se condensa. Consideremos nuevamente a Miami y Phoenix como dos extremos. En el verano, la humedad relativa de Miami puede llegar al 85 % a una temperatura de 80 °F. Obviamente, se formará mucha condensación en el vaso de la bebida fría. Pero en realidad no se necesita una gran caída de temperatura para llegar al 100 % de humedad relativa y que se forme condensación. Entonces, muchas superficies frías tendrán condensación en ellas. A la misma temperatura en Phoenix (80 °F), la humedad relativa podría ser del 35 %. La temperatura tendría que ser mucho más baja para que se forme condensación. No se formaría condensación sobre superficies frías.
El punto de rocío es la temperatura a la que se forma la condensación. Es una función de la humedad relativa y la temperatura ambiente. En otras palabras, la cantidad de vapor de agua que hay en el aire y la temperatura del aire. Echa un vistazo al gráfico a continuación (que es una forma muy simplificada de lo que realmente usan los ingenieros de HVAC). Elijamos la línea de 40 % de humedad relativa en la primera columna y sigamos esa línea hasta la columna de 70 °F. La línea de 40 % y la columna de 70 °F se cruzan en 45 °F, lo que significa que en un ambiente que está a 70 °F y 40 % de humedad relativa (HR), el agua en el aire se condensará en una superficie que está a 45 °F.
Temperaturas del punto de rocío para temperaturas de aire seleccionadas y humedad relativa
Gráfico adaptado de ASHRAE Psychometric Chart, 1993 ASHRAE Handbook-Fundamentals.
Entonces, ¿qué tiene que ver todo esto con un techado? Considera el cerramiento de tu edificio: este actúa como barrera entre el interior con temperatura controlada y el ambiente exterior. Los cimientos, las paredes y el techo son sistemas que se interconectan para lograrlo. Aunque esto aplica en cierta medida a todos los sistemas, nos enfocaremos en los techos. La capa de aislante en el sistema de techo resiste la pérdida o ganancia de calor desde el exterior, dependiendo de la estación del año. Dentro de la capa de aislante, la temperatura cambia gradualmente hasta alcanzar la del exterior. Hablemos de un edificio en invierno para ilustrar este punto. El interior está a 70 °F con 40 % de HR, como en el ejemplo del gráfico anterior. A medida que uno se mueve a través de la capa de aislante desde el interior hacia el exterior, la temperatura disminuye gradualmente hasta alcanzar la temperatura exterior más fría. El trazado de esas temperaturas se conoce como el gradiente de temperatura de ese sistema.
Ahora, si la temperatura llega a 45 °F en algún punto de ese sistema (la temperatura del punto de rocío en el gráfico), se espera que el agua se condense en la superficie más cercana. Esto se ve en el siguiente diagrama:
En resumen, el aire en el interior tiene el 40 % de la cantidad total de vapor de agua que es capaz de retener. Sin embargo, a medida que el aire asciende a través del sistema del techo, se va enfriando hasta llegar al punto en que ya no puede retener el vapor de agua y ocurre la condensación. En el ejemplo mostrado arriba, esto sucedería a 45 °F y justo dentro de la capa de aislante.
Lecciones para el diseñador de techos
La condensación —que es agua en estado líquido— puede afectar negativamente al edificio de muchas maneras. Puede provocar la pérdida del valor R de la capa de aislante al reemplazar el aire dentro del aislante por agua, así como una degradación prematura de cualquiera de los componentes del sistema de techo, como madera podrida o metal oxidado (incluidos los componentes estructurales). También puede contribuir al crecimiento biológico no deseado, como el moho.
Sin embargo, es posible prevenir estos efectos negativos. Recuerda que el vapor de agua necesita llegar a una superficie o lugar que esté a una temperatura igual o inferior al punto de rocío.
En el esquema del armado del techo mostrado arriba, es evidente que debe evitarse en la medida de lo posible que el aire interior ascienda hacia el techo. Esto se abordó en detalle en un blog anterior de GAF. Un método para limitar el movimiento de aire hacia el techo es usar dos capas de aislante de espuma superpuestas. Otro método consiste en colocar un retardador de vapor o una barrera de aire en el lado cálido del aislante. El retardador de vapor/barrera de aire puede evitar que el vapor de agua llegue al lugar donde podría condensarse.
Asimismo, se debe prestar especial atención a las penetraciones para respiraderos y otros elementos que impliquen hacer cortes en el aislante. Si los espacios alrededor de las penetraciones no están bien sellados, el aire interior podrá moverse rápidamente hacia arriba a través del sistema de techo. En climas fríos, eso puede generar cantidades significativas de condensación en esas penetraciones y alrededor de ellas.
Además, el efecto ondulante de un techo sujetado mecánicamente puede aumentar el potencial de condensación, ya que se introduce más aire al sistema de techo. Una membrana para techos adherida puede ayudar a limitar el movimiento del aire y, por ende, la condensación posterior.
Es importante recordar que la humedad relativa, así como las temperaturas interiores y exteriores en verano e invierno, deben considerarse al diseñar el cerramiento del edificio.
Por lo general, los edificios comerciales tienen un ambiente diseñado por un ingeniero de HVAC que determinará la temperatura interior y la humedad relativa considerando la comodidad de los ocupantes, además de una temperatura exterior de diseño basada en el clima del lugar donde se encuentra el edificio. Estos y otros factores ayudan a los ingenieros a determinar el tipo y tamaño de equipo que el edificio requiere. El diseñador del cerramiento del edificio usará esos valores, además del uso previsto del edificio y los códigos locales, para determinar cómo debe construirse dicho cerramiento. Es importante recordar que la humedad relativa, así como las temperaturas interiores y exteriores en verano e invierno, deben considerarse al diseñar el cerramiento del edificio. Un diseño de cerramiento que funciona en una zona del país puede no ser adecuado en otra, lo que podría generar condiciones adversas y los tipos de deterioro mencionados anteriormente. Considera cómo cambiaría tu guardarropa si te mudaras de Minéapolis a Phoenix (en este caso, estaríamos comparando tu ropa con el cerramiento del edificio).
En un mundo ideal, la ubicación del edificio sería todo lo que importa. Desafortunadamente, el uso del edificio puede cambiar (y con frecuencia lo hace). Factores que pueden afectar negativamente la temperatura y la humedad, y por tanto el desempeño higrotérmico del cerramiento, pueden incluir: un cambio drástico en el número de ocupantes, la adición de una cocina o equipo para cocinar, la inclusión de un área de vestidores o duchas y a veces, incluso, algo que parece insignificante como un acuario o leña almacenada para una chimenea. No se trata de una lista exhaustiva, sino de algunos ejemplos ilustrativos para comunicar una comprensión general. Aunque no lo creas, incluso cambiar el color de los componentes exteriores podría influir en la ganancia solar y cambiar efectivamente la ubicación del punto de rocío dentro del cerramiento del edificio.
Cambiar el punto de rocío y/o su ubicación puede provocar condensación no deseada y potencialmente causar daños.
Considera una situación en la que el propietario decide invertir en mejoras de eficiencia energética en su propiedad al mismo tiempo que reemplaza el techo. El propietario actualiza las ventanas, puertas y burletes al mismo tiempo. Es posible que el edificio ya tuviera problemas de humedad latentes que antes estaban ocultos por filtraciones de aire en el cerramiento. Después de las renovaciones, esos problemas pueden salir a la luz, por ejemplo, en forma de manchas en los cielos rasos. ¿Fue la renovación la que causó el daño por agua? Lo más probable es que la respuesta sea no. El diseño ineficiente anterior ocultaba el problema.
Ten en cuenta que debe adoptarse un enfoque integral en el diseño del cerramiento del edificio. Si cambias una parte, podría afectar negativamente a otra. Este blog es solo para fines informativos generales. Siempre es recomendable consultar con un especialista en cerramientos de edificios para ayudar a prevenir problemas de condensación y garantizar que los cambios pequeños no se conviertan en problemas mayores.
