Humidades

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Humidades

  1. 1. HUMIDADES EM EDIFÍCIOS Fenómenos de condensação António Moret Rodrigues IST
  2. 2. 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)
  3. 3. ÍNDICE (2) 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/calor Difusão 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)
  4. 4. 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.
  5. 5. INTRODUÇÃO: humidade de obra A água utilizada no fabrico dos materiais 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.
  6. 6. 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. Eflorescências Criptoflorescências
  7. 7. 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.
  8. 8. 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.
  9. 9. 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.
  10. 10. INTRODUÇÃO: humidade de condensação II As 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.
  11. 11. HIGROMETRIA: o ar húmido O 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.
  12. 12. 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, designase 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 .
  13. 13. HIGROMETRIA: grandezas características II A 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 Vapor de água pa=ρa⋅287 (θ + 273.15) (Pa) 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: Mw (Kg/m3) ρw = V
  14. 14. HIGROMETRIA: grandezas características III Teor de humidade (W) É a massa de vapor de água por unidade de massa de ar seco: M w (Kg H O/Kg ar seco) W= 2 Ma Sendo Mw=ρwV e Ma= ρaV, em que V é o volume considerado da mistura, pode-se escrever: 287 p w W= 461 p a pw ou W = 0.622 p − pw
  15. 15. HIGROMETRIA: grandezas características IV Humidade 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: Mw ϕ= Ms ou θ,p ρw ϕ= ρs (%) θ,p A partir das equações de estado pode-se também escrever: pw ps – pressão de saturação do ϕ= p s θ,p vapor de água
  16. 16. HIGROMETRIA: grandezas características V A pressão de saturação do vapor de água é uma função exclusiva da temperatura e pode ser determinada por uma das seguintes correlações ps=f(θ) (para θ ≥ 0): Lei exponencial ⎛ 17.269 θ ⎞ p s ≅ 610.5 exp⎜ ⎟ (Pa) ⎝ 237.3 + θ ⎠ Lei parabólica (1 mmHg=133.322 Pa) p s ≅ 0.018463 θ 2 + 0.27841 θ + 4.58 (mmHg) Ocorre condensação quando pw=ps ⇒ ϕ=100%.
  17. 17. 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 à mesma temperatura e pressão: W μ= Ws ou θ,p p − ps μ=ϕ p − ϕp s (%) Quando o ar está saturado μ=ϕ=1, mas caso contrário μ≠ϕ, embora sejam muito próximos.
  18. 18. 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. 237.3 ln(p w / 610.5) Da lei exponencial: θd ≅ (ºC) 17.269 − ln(p w / 610.5)
  19. 19. HIGROMETRIA: cartas psicrométricas I As 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.
  20. 20. HIGROMETRIA: cartas psicrométricas II A 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%.
  21. 21. HIGROMETRIA: condensações superficiais θp Estado do ar húmido interior caracterizado pelo ponto A. A θi ϕi A pwi ϕi Quantidade de água condensada Ocorrem condensações se: θp ≤ θ d ou, o que é equivalente, se:, θp θd θi pwi ≥ ps(θp)
  22. 22. TRANSPORTE DE HUMIDADE: mecanismos A 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 Não existe nenhum circuito integralmente fechado por líquido Teor de humidade superior ao crítico Existem circuitos integralmente fechados por líquido
  23. 23. HIGROSPICIDADE: conceito Muitos 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”: a) Adsorção mono-molecular caracterizada pela fixação duma camada de moléculas de água na superfície dos poros; 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 ( 1 n.m = 10−9 m ).
  24. 24. 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: Forma discreta unidimensional: p w1 − p w 2 g=π. Δx Forma diferencial: → r g = − π . grad p w 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)
  25. 25. DIFUSÃO DO VAPOR: perfil da pressão Elemento monocamada pw 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: g p − p w0 p w ( x ) = p w 0 + we ⋅ x g = K D (p w 0 − p we ) pwe e pw0 g x e π pwi - Permeância ao vapor e g 1 RD = - Resistência à difusão K D do vapor de água pw0 KD = Elemento multicamada pw1 pw3 π2 π1 e2 p wi − p we βi Admitindo de novo que o fluxo se conserva, π1 pw2 g pwe e3 e1 βe p − p w 0 p w 0 − p w1 p w1 − p w 2 p w 2 − p w 3 p w 3 − p we = = = = g = wi = donde: 3 e1 e2 e3 βe βi ek βi + ∑ + βe π1 π2 π3 π k =1 k as resistências g = K D (p wi − p we ) com K D = 1 /⎛ βi + ∑ e k + βe ⎞ Usualmente à difusão do vapor ⎜ ⎟ superficiais ⎜ ⎟ ⎝ k πk ⎠ podem desprezar-se (βi≈βe≈0)
  26. 26. ANALOGIA DIFUSÃO DO VAPOR/CALOR CALOR VAPOR DE ÁGUA Condutibilidade térmica Permeabilidade ao vapor de água λ π (W/mºC) (g/m.h.mmHg) ou (kg/s.m.Pa) Resistência térmica de um elemento com n camadas: 1 n ej 1 +∑ + Rt = (m2.ºC/W) j λ hi he j Resistência à difusão do vapor de um elemento com n camadas: n e j (m2.h.mmHg/g) R D = βi + ∑ + βe ou (m2.h.Pa/g) j π j Temperaturas dos ambientes Pressões de vapor dos ambientes: pwe (mmHg) pwi (mmHg) θi (ºC) θe (ºC) Densidade de fluxo de calor através do elemento: θ − θe (W/m2) q= i Rt ou (Pa) ou (Pa) Densidade de fluxo de vapor através do elemento: g= p wi − p we RD (g/m2.h)
  27. 27. 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 é função 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.
  28. 28. RISCO DE CONDENSASÕES: diagrama de Glaser No diagrama de Glaser podem ocorrer 2 situações: θi a curva de pressão de saturação θsi não intersecta a distribuição de θse θ psi e pressão parcial de vapor de pwi ps água - não existe risco de pse pw pwe ocorrência de condensações. A curva de pressão de saturação θi θsi intersecta a de distribuição de psi pressão de vapor. Demarca-se pwi uma zona em que pw > ps, o que não é fisicamente possível – há lugar a condensações. pw ps θse θ e pse pwe
  29. 29. DIAGRAMA DE GLASER: zona de condensação Determinação da zona de condensação Zona pw < ps – nesta zona não existe risco de condensação: o fluxo mantém-se constante e a pressão de vapor é linear θi θsi psi pwi θse θ e pw1 pse p Zona pw > ps - nesta zona pwe p =p ocorre condensação com e x2 0 x1 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: ml = π ⎛ p wi − p w1 − p w 2 − p we ⎞ (g/m .h) & ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ w ⎝ x1 e − x2 s w2 2 ⎠ x
  30. 30. CONDENSAÇÕES: efeito do isolamento térmico ISOLAMENTO PELO EXTERIOR Isolamento térmico Parede ISOLAMENTO PELO INTERIOR Isolamento Parede térmico Temperatura Interior Interior Temperatura Pressão de saturação Pressão de vapor Pressão de vapor Condensação Pressão de saturação 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.

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