Desarrollo experimental para medición de traspaso de vapor en materiales

8/11/2019 Desarrollo experimental para medicin de traspaso de vapor en materiales

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

Desarrollo Experimental Para Medicin de

Traspaso de Vapor en Materiales

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ

ELVIS HARRIS CATALN FERNNDEZ

2012


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DEDI CADA A M IS SOBRINOS

PAZ Y CRISTBAL


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AGRADECIMIENTOS

En este momento, en el que presento mi tesis y con la que concluyo mis estudios de Ingeniera en

Construccin en la Universidad de la Frontera, quiero aprovechar para agradecer a todas aquellas

personas que han estado a mi lado a lo largo de la carrera, por el apoyo y la amistad que me han

dado.

A Dios por haberme permitido llegar hasta este punto, dndome salud y fuerzas para superar cada

momento difcil y as lograr mis objetivos.

A mi familia. A mi padre, mi madre y a mis hermanos, en especial a mi hermano Nolberto

Cataln por su apoyo incondicional y por haber sido la persona que me incentivo a emprender

este desafo y que de seguro estar muy contento cuando le diga que ya soy ingeniero.

A mi polola y a mis amigos con los que he compartido muchas horas de estudio, y todava ms

momentos de diversin que jams se olvidaran. Porqu sin ellos no habra sido lo mismo, y

porque juntos hemos conseguido hacer frente a la carrera y lograr nuestras metas.


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NDICE

1. INTRODUCCIN..................................................................................................................... 2

1.1. Exposicin General del Problema ......................................................................................... 2

1.2. Nivel Actual del Problema ................................................................................................... 2

1.3. Objetivos ............................................................................................................................... 3

1.3.1 Objetivo General ............................................................................................................ 3

1.3.2 Objetivos Especficos ..................................................................................................... 3

2. CONTEXTUALIZACIN...................................................................................................... 5

2.1 Introduccin ....................................................................................................................... 5

2.2 Contexto del Estudio ............................................................................................................. 6

2.2.1 Regin de la Araucana ................................................................................................... 6

2.2.2 Geografa y Clima ........................................................................................................... 62.2.3 Humedad ...................................................................................................................... 10

2.2.4 Transporte de la humedad ............................................................................................. 11

2.2.5 Propiedades Higroscpicas de los Materiales Porosos ................................................ 16

2.2.6 Problemas que genera la Humedad en los Materiales .................................................. 20

2.2.7 Normativa que nos permiten determinar las propiedades higroscpicas de losmateriales ............................................................................................................................... 23

3 METODOLOGA................................................................................................................... 26

3.1 Introduccin ......................................................................................................................... 26

3.2 Equipos y Sistemas. ............................................................................................................ 26

3.2.1 Cmara Aislante ............................................................................................................ 26

3.2.2 Fuente de Calor ............................................................................................................ 26

3.2.3 Control de humedad y temperaturas............................................................................. 27

3.2.4 Recipiente de ensayo .................................................................................................... 27

3.2.5 Control de Peso en las Probetas ................................................................................... 28

3.2.6 Costos de Implementacin del Ensayo........................................................................ 28

3.3 Mtodos de Ensayos ........................................................................................................... 28

3.3.1 Mtodo Hmedo ........................................................................................................... 28

3.4 Probetas de Ensayo. ............................................................................................................ 29

3.4.1 Numero de Muestras ..................................................................................................... 29

3.5 Determinacin de resultados .............................................................................................. 29


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3.5.1 Grado de transmisin de vapor de agua, TVA .............................................................. 30

3.5.2 Permeancia de vapor de agua, PR ................................................................................. 30

3.5.3 Permeabilidad de vapor de agua, P ............................................................................... 31

3.5.4 Resistencia a la Humedad, R ......................................................................................... 32

3.6 Anlisis de Resultados ........................................................................................................ 32

3.6.1 Clasificacin de Materiales por Rango de Absorcin ................................................... 32

4 DISEO EXPERIMENTAL.................................................................................................. 34

4.1 Introduccin ......................................................................................................................... 34

4.2 Implementacin del Ensayo ................................................................................................ 34

4.2.1 Cmara de Ensayos ....................................................................................................... 34

4.2.2 Fuente de calor ............................................................................................................. 37

4.2.3 Control de Temperaturas y Humedad ........................................................................ 39

4.2.4 Recipiente de ensayos .................................................................................................. 45

4.2.5 Sellador......................................................................................................................... 46

4.2.6 Costos Asociados a la Implementacin del Ensayo ................................................... 46

4.3 Procedimientos .................................................................................................................... 48

5 RESULTADOS Y ANLISIS................................................................................................ 57

5.1 Introduccin ......................................................................................................................... 57

5.2. Registro y Procesamiento de Datos .................................................................................... 57

5.2.1 Cholguan ...................................................................................................................... 59

5.2.2 Terciado Contrachapado .............................................................................................. 61

5.2.3 Trupan Melaminico ...................................................................................................... 63

5.2.4 Fieltro Asfaltico............................................................................................................. 65

5.2.5 MDF Tupan .................................................................................................................. 67

5.2.6 Poliestireno Expandido 20 mm .................................................................................... 69

5.2.7 Polietileno Transparente de 0,10 mm de espesor. ........................................................ 71

5.3 Anlisis de Resultados ........................................................................................................ 73

5.3.1 Tableros de fibras de madera maderas ......................................................................... 75

5.3.2 Papel Asfaltico .............................................................................................................. 79

5.3.3 Poliestireno Expandido de 20 mm ................................................................................ 77

5.3.4 Polietileno 0,10 mm de espesor.................................................................................... 80

6. CONCLUSIONES................................................................................................................... 87


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BIBLIOGRAFA......................................................................................................................... 91

ANEXO A TERMOGRAMAS .............................................................................................. 94

ANEXO B TABLA DE PROPIEDADES HIGROSCPICAS DEL CDIGO TCNICODE DA EDIFICACIN CTE. .................................................................................................... 107

ANEXO C BALANZA DE PRECISIN ........................................................................... 117

ANEXO D CMARA DE CLIMA CONSTANTE ............................................................ 118


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NDICE DE TABLAS

Tabla 2. 1 Valores Climticos Medios Anuales IX Regin los ltimos 10 Aos...................... 8Tabla 2. 2 Condiciones ambientales para el ensayo ................................................................ 24Tabla 3. 1 Presin de saturacin de vapor de agua .................................................................. 31

Tabla 4. 1 Conductividad trmica del poliestireno .................................................................. 36

Tabla 4. 2 Valores mximos y mnimos extrados de la planilla Excel que entrega el

dataloggers del interior de la cmara de ensayos. ......................................................................... 41


dataloggers del interior de la cmara de ensayos despus de regular la temperatura ................... 42

Tabla 4. 4 Costos asociados al ensayo ...................................................................................... 47

Tabla 5. 1 Condiciones de ensayo para Cholguan liso de 3 mm .............................................. 60

Tabla 5.1. 1. Parmetros higroscpicos obtenidos para el Cholguan de 3 mm ....................... 60Tabla 5. 2 Condiciones de ensayo para Terciado contrachapado de 12 mm ........................... 62Tabla 5.1. 2 Parmetros higroscpicos obtenidos para el Terciado contrachapado de 12 mm .. 62Tabla 5. 3 Condiciones de ensayo para una muestra de MDF enchapado de 3 mm ................ 64Tabla 5.1. 3. Parmetros higroscpicos obtenidos para el MDF enchapado de 3 mm ............. 64Tabla 5. 4 Condiciones de ensayo para un muestra de Fieltro Asfaltico 10/40........................ 66Tabla 5.1. 4. Parmetros higroscpicos obtenidos para el Fieltro Asfaltico 10/40................. 66Tabla 5. 5 Condiciones de ensayo para una muestra de MDF Trupan 9 mm. ......................... 68Tabla 5.1. 5. Parmetros higroscpicos obtenidos para MDF Trupan 9 mm. ............................. 68Tabla 5. 6 Condiciones de ensayo para una muestra de Poliestireno 20 mm ......................... 70

Tabla 5.1. 6. Parmetros higroscpicos obtenidos para Poliestireno 20 mm .............................. 70Tabla 5. 7 Condiciones de ensayo para una muestra de Polietileno de 0,10 mm de espesor. 72Tabla 5.1. 7 Parmetros higroscpicos obtenidos para Poliestireno 10 mm ............................. 72Tabla 5. 8 Permeabilidad el aire a 760 mmHg ........................................................................ 74Tabla 5. 9 Se muestran los resultados obtenidos en los ensayos de acuerdo a la normachilena NCh 2457 Of 2001 en sus respectivas unidades de medidas. ........................................... 74Tabla 5. 10 Comparacin de resultados obtenidos con los entregados por el Cdigo Tcnico dela Edificacin. ............................................................................................................... 75Tabla 5. 11 Determinacin de los parmetros mnimos y mximo para materiales consideradosbarreras de vapor ........................................................................................................................... 79Tabla A - 1Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 1-1 ................................... 95Tabla A - 2 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 1-2 .................................. 96Tabla A - 3 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 1-3 .................................. 97Tabla A - 4 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 2-1 .................................. 98Tabla A - 5 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 2-2 .................................. 99Tabla A - 6 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 2-3 ................................ 100


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Tabla A - 7 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 3-1 ................................ 101Tabla A - 8 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 3-2 ................................ 102Tabla A - 9 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 3-3 ................................ 103Tabla A - 10 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 4-1 .............................. 104Tabla A - 11 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 4-2 .............................. 105Tabla A - 12 Condiciones de temperatura y humedad para el ensayo 4-3 .............................. 106


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NDICE DE FIGURAS

Figura 2. 1 Temperaturas promedio en la regin durante los ltimos diez aos ......................... 9Figura 2. 2 Humedad promedio en la regin durante los ltimos diez aos ................................ 9Figura 2. 3 Distribucin de los distintos tipos de vapor de agua ............................................... 11Figura 2. 4 Mecanismos microscpicos de transporte de vapor de agua. .................................. 13

Figura 2. 5 Procesos de difusin ................................................................................................ 14Figura 2. 6 Grafico de Isoterma de sorcin ............................................................................... 19Figura 2. 7 Moho en Muros. ...................................................................................................... 20Figura 2. 8 Deterioro de pinturas ............................................................................................... 21Figura 2. 9 Fuentes de humedad en una vivienda ...................................................................... 22Figura 2. 10 Esquema grafico de ventilacin ........................................................................... 22Figura 3. 1 Recipiente de ensayos .............................................................................................. 27

Figura 4. 1 Corte esquemtico cmara de ensayos ................................................................... 35Figura 4. 2 Burlete en puerta para un sierre hermtico .............................................................. 37

Figura 4. 3 Fuente de calor ampolleta 15W luz clida............................................................... 38Figura 4. 4 Reductor de Voltaje AC .......................................................................................... 38Figura 4. 5 Dataloggers .............................................................................................................. 39Figura 4. 6 Higrmetro Digital .................................................................................................. 40Figura 4. 7 Termograma cmara de ensayos............................................................................. 41Figura 4. 8 Termograma segundo control de temperaturas ....................................................... 42Figura 4. 9 Recipiente con agua para mantener la humedad .................................................... 43Figura 4. 10 Recipientes de ensayo .......................................................................................... 44Figura 4. 11 Relacin entre superficie de evaporacin y masa evaporada ............................ 44Figura 4. 12 Recipiente de acrlico ........................................................................................... 45

Figura 4. 13 Cera de abejas ...................................................................................................... 46Figura 4. 14 Probeta dimensionada .......................................................................................... 48Figura 4. 15 Agua Desmineralizada ........................................................................................ 49Figura 4. 16 Colocacin de cinta en el contorno de la probeta ................................................ 50Figura 4. 17 Aplicacin de cera de abejas ............................................................................... 50Figura 4. 18 Retiro de excedentes ........................................................................................... 51Figura 4. 19 Registro del peso inicial de conjunto probeta-recipiente .................................... 51Figura 4. 20 Probetas y equipos instalados en la cmara de ensayos ...................................... 52Figura 4. 21 Dimmer resistivo ................................................................................................ 53

Figura 4. 22 Muestra A de Polietileno con sello a presin.................................................. 54

Figura 4. 23 Muestra B de Polietileno sellada con cera de abejas....................................... 54Figura 4. 24 Muestras de polietileno sometidas a las mismas condiciones de ensayos .......... 55Figura 5. 1 Grafico comparativo para Tableros de Fibras incluidos MDF y Tableros

Contrachapados..76

Figura 5. 2 Grafico comparativo para el Papel Fieltro Asfaltico.80


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Figura 5. 3 Grafico comparativo para una muestra de Poliestireno Expandido de 20 mm ...... 77Figura 5. 4 Propiedades del Poliestireno Expandido ................................................................ 78Figura 5. 5 Variacin del traspaso de vapor para un mismo material ..................................... 81Figura 5. 6 Resistencia al traspaso de vapor de agua .............................................................. 82Figura 5. 7 Coeficiente de difusin de vapor de agua .............................................................. 82Figura 5. 8 Traspaso de Vapor de los diferentes materiales ensayados ................................... 83Figura 5. 9 Clasificacin de los materiales ensayados de acuerdo a la permeabilidad al vaporde agua ........................................................................................................................................... 84Figura 5. 10 Resistencia de los materiales ensayados ................................................................ 84Figura A - 1Termograma ensayo 1-1 .......................................................................................... 95Figura A - 2Termograma ensayo 1-2 ......................................................................................... 96Figura A - 3Termograma ensayo 1-3 ......................................................................................... 97Figura A - 4Termograma ensayo 2-1 ......................................................................................... 98Figura A - 5Termograma ensayo 2-2 ......................................................................................... 99Figura A - 6Termograma ensayo 2-3 ....................................................................................... 100

Figura A - 7Termograma ensayo 3-1 ....................................................................................... 101Figura A - 8 Termograma ensayo 3-2 ...................................................................................... 102Figura A - 9 Termograma ensayo 3-3 ...................................................................................... 103Figura A - 10Termograma ensayo 4-1 ..................................................................................... 104Figura A - 11Termograma ensayo 4-2 ..................................................................................... 105Figura A - 12Termograma ensayo 4-3 ..................................................................................... 106


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NDICE DE ECUACIONES

(2. 1) .............................................................................................................................................. 15(2. 2) .............................................................................................................................................. 15(2. 3) .............................................................................................................................................. 16(2. 4) .............................................................................................................................................. 17

(2. 5) .............................................................................................................................................. 17(2. 6) .............................................................................................................................................. 17(2. 7) .............................................................................................................................................. 17(2. 8) .............................................................................................................................................. 18(3. 1) .............................................................................................................................................. 30

(3. 2) .............................................................................................................................................. 30

(3. 3) .............................................................................................................................................. 31

(3. 4) .............................................................................................................................................. 32

(4. 1) .............................................................................................................................................. 74


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RESUMEN

La construccin de edificios tolerantes a la humedad supone una importante reduccin de

los costos de mantenimiento as como de la intensidad y frecuencia de las restauraciones. Adems

con un mal comportamiento frente a la humedad hay un incremento significativo en el consumo

energtico dando lugar a mayores emisiones de CO2.

La humedad tiene un importante impacto en el rendimiento y en la vida til de los

cerramientos de un edificio. Por lo que una correcta aplicacin de los criterios de sustentabilidad

para el sector de la edificacin, resulta fundamental conocer las propiedades higroscpicas de los

materiales, como un primer paso en el estudio de la influencia de la humedad en la transmitancia

de los cerramientos, en la aparicin de condensaciones y en la comprensin de los mecanismosde deterioro mecnico y/o qumico de estos.

El presente trabajo de titulo tiene como objetivo principal implementar un ensayo que

permita medicin del traspaso de vapor en materiales para el laboratorio de eficiencia energtica

de la Universidad de Frontera, tomando en consideracin parmetros normativos chilenos

principalmente la norma NCh 2457- OF 2001.

En primer lugar se construyo una cmara aislante de ensayos que nos permiti controlar

la temperatura y humedad al interior de esta. Para lograr esto se debi contar con distintossistemas como un regulador de voltaje que nos permiti controlar la variable de temperatura, para

el control de la humedad se realizo mediante una fuente generadora de humedad y sensores como

higrmetro digital y dataloggers que permitan verificar y registrar las condiciones trmicas

internas de la cmara de ensayos.

Concluida la primera etapa se procedi con los ensayos de diferentes muestras de

materiales utilizados en construccin entre los cuales estn el papel fieltro asfaltico, Poliestireno

expandido y diferentes tableros de fibras de madera. Estas muestras son colocadas en un

recipiente acrlico con una determinada cantidad de agua al interior de la cmara de ensayos y

despus de un periodo de tiempo se registr la prdida de peso, esta prdida de peso es la

cantidad de agua que se evaporaba a travs del material en condiciones trmicas controladas.

La comprobacin de los resultados obtenidos se realizo con los datos entregados por la

norma Espaola en el Cdigo Tcnico de la Edificacin para las propiedades higroscpicas de los


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materiales, que en el caso de materiales utilizados como barreras de vapor como papel fieltro

asfaltico se establece una resistencia entre 0,86 y 20 ((mmHg x m2x da)/g) lo que se diferencio

con los resultados obtenidos en los ensayos realizados en que solo obtuvimos una resistencia de

0,833((mmHg x m2x da)/g) una diferencia de 3,1% con el mnimo establecido.

En el caso del poliestireno expandido de 20 mm los fabricantes determinan un coeficiente dedifusin de vapor valor adimensional igual a 20 [-], lo que vario en los ensayos realizados un

material de las mismas caractersticas en donde solo obtuvimos un coeficiente de difusin de

vapor igual a 17 [-]. Para los tableros de madera se obtuvieron coeficientes de difusin de

vapor mayores a los establecidos por la normativa Espaola en algunos casos en ms un 50%.

En cuanto a la implementacin de este ensayo se hace necesario contar con equipos ms

sofisticados como sensores o termocuplas que nos permitan la captura de datos desde el interior

de la probeta ensayada como de la cmara, de manera que fueran siendo registrados mediante un

software y as evitar las posibles alteraciones de las condiciones de ensayo, lo que permitira

obtener resultados ms precisos.


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Capitulo 1 Introduccin

Desarrollo Experimental Para Medicin de Traspaso de Vapor en Materiales 1

CAPITULO 1

INTRODUCCIN


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1. INTRODUCCIN

1.1. Exposicin General del Problema

Un edificio o casa es un contenedor que separa dos medios ambientes entre s, uno exterior

dado por las caractersticas climticas especficas y uno interior que requiere de determinados

parmetros para funcionar correctamente, a su vez estos ambientes estn constituidos por

diferentes materiales capaces de contener y transmitir humedad.

Conocer la permeabilidad al vapor de agua de los diferentes materiales utilizados en construccin

es relevante para determinar las condiciones de humedad en los diferentes ambientes, as como

tambin al interior de las paredes, piso y cielos ya que la penetracin de vapor de agua puede

producir condensacin y alterar las propiedades fsicas de los materiales.

El aire en determinadas condiciones de temperatura y presin es capaz de incorporar una ciertaconcentracin de vapor de agua, la cual se traspasa en diferentes cantidades dependiendo del tipo

de material, cuando el lmite se sobrepasa, el exceso de vapor de agua se condensa, formando

agua lquida que finalmente provoca deterioros en los inmuebles. Si no se tomas las medidas

necesarias para mitigar este problema, las consecuencias pueden ser irreversibles.

Por lo tanto se hace necesario conocer la absorcin de vapor de los distintos materiales utilizados,

principalmente en las construcciones de la regin. Para as disear la mejor solucin constructiva

para los diferentes ambientes de una vivienda.

1.2. Nivel Actual del Problema

En los materiales de construccin solo se conocen algunos de sus parmetros con respecto

a la absorcin de humedad los que son estndar es decir no existe una transparencia en la

determinacin de estos valores, por lo que se hace necesaria una verificacin continua tomando

en cuenta los altos niveles de humedad de la regin.

Por lo que se hace necesario implementar este ensayo el que nos permita verificar los parmetros

de absorcin para cada material en distintas condiciones de humedad.


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1.3. Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Implementar un ensayo para la medicin del traspaso de vapor en materiales de

construccin para el laboratorio de eficiencia energtica de la Universidad de La Frontera.

1.3.2 Objetivos Especficos

Analizar factibilidad tcnica y econmica de un ensayo normado o experimental para la

medicin del traspaso de vapor.

Medir el traspaso de vapor de agua en materiales de construccin

Clasificar los materiales por rangos de absorcin


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Capitulo 2 Contextualizacin


CAPITULO 2

CONTEXTUALIZACIN


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2. CONTEXTUALIZACIN

2.1 Introduccin

El ahorro energtico cada da cobra ms relevancia en el mundo, en los pases

desarrollados ya se lleva tiempo aplicando normas tcnicas para optimizar los recursos

energticos y en chile esto se ha empezado a manifestar hace algunos aos atrs, atreves de la

creacin e implementacin de normas y nuevas tecnologas etc.

En los pases desarrollados se han creado organizaciones que buscan difundir y ensear los

conceptos de la construccin sustentable, por ejemplo la IISBE (Internacional Initiative for a

Sustainable Built Environment) que tiene como objetivo principal desarrollar y aplicar un nuevo

concepto de evaluacin del comportamiento medioambiental de los edificios. Esta organizacin

fue la impulsadora de unos de los encuentros ms importantes sobre esta materia, el Green

Building Challenge, que consisti en ser un desafo para educar a la poblacin y hacer que tomen

conciencia ecolgica, adems, pretende implementar diseos de ciudades con edificaciones bajo

un concepto de sustentabilidad.

Si se quiere aplicar el concepto de construccin sustentable en las viviendas, es necesario hacerlo

desde el punto de vista del diseo y el mtodo constructivo. Por lo que se hace necesario conocer

las caractersticas de cada material y una de ellas es la capacidad de absorber vapor de agua

presente en el ambiente, para as disear la mejor solucin constructiva para los diferentes

ambientes de una vivienda. Esto nos dar ventajas en mejorar la calidad de vida, fcil control del

ambiente interno, flexibilidad y adaptabilidad de la vivienda.

El presente trabajo de titulo, tiene como objetivo medir de forma experimental el traspaso de

vapor de agua en materiales utilizados principalmente en construcciones de la regin, esto es

relevante teniendo en cuenta los cambios de temperaturas y humedades que se generan en las

diferentes pocas del ao lo que produce ciertas concentraciones de vapor el que se incorpora al

material dependiendo de su capacidad de absorcin.


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Con los resultados obtenidos se creara una base de datos que permita determinar el material ms

adecuado para ser utilizado en un ambiente en funcin de la cantidad de vapor a la que estar

sometido.

2.2 Contexto del Estudio

2.2.1 Regin de la Araucana

La regin de la Araucana es una de las quince regiones en que est dividido el pas, posee

una superficie total de 31.842,3 Km2la que se divide en dos provincias, por el norte la provincia

de Malleco con una superficie de 18.409 Km2 que corresponde al 57.8 % del total de la

superficie regional y al sur se encuentra la provincia de Cautn superficie de 13.433,3 Km

2

correspondiente al 42,2 % del total de la superficie regional.

Cuenta con una poblacin de 869.535 habitantes segn datos del censo del ao 2002 y se

proyecta un crecimiento del 11,3% entre periodo inter-censal, del total de la poblacin el 67,66 %

vive en una zona urbana y el 32,34 en zona rural. De acuerdo a estos datos la regin tiene uno de

los porcentajes ms altos de poblacin rural del pas.

2.2.2 Geografa y Clima

Constituye una zona de transicin entre los climas de tipo mediterrneo con degradacin hmeda

y los climas templados lluviosos con influencia ocenica. El relieve determina que los elementos

del clima sean cambiantes, tanto en sentido transversal como longitudinal, hecho que puede

apreciarse en la cantidad y distribucin de las precipitaciones.

Se presentan cuatro condiciones climticas en la regin1:

1. Clima Templado Clido con Estacin Seca Corta: Se desarrolla en la porcin centro

occidental de la Depresin Intermedia, penetrando hacia el Sur por el valle del ro

1Fuente: http://www.inearaucania.cl


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Cholchol hasta las cercanas de Nueva Imperial, La temperatura media anual es de 12,2

C, las medias mensuales extremas alcanzan a 17,7 C en enero y a 7,6 C en julio,

presentando 7 meses con promedios superiores a 10 C. La pluviosidad anual es de 1.268

mm.

2.

Clima Templado Clido Lluvioso con Influencia Mediterrnea: Ocupa las PlaniciesLitorales, la Depresin Intermedia y espacios cordilleranos ubicados bajo la cota 900m.

Presenta temperaturas medias que fluctan entre 17,2 C en enero y 7,6 C en julio con

una media anual de alrededor de 12 C. Las precipitaciones se presentan durante todo el

ao con montos anuales que oscilan entre 1.000 mm, en los relieves ms bajos y 2.000

mm, en los ms altos, con algunas variaciones locales que impone el relieve y la

influencia martima.

3. Clima Templado Fro Lluvioso con Influencia Mediterrnea: Se desarrolla como una

variante ms fra del clima anterior, ocupando las laderas andinas y costeras entre los 900

y 1.800 m aproximadamente. Recibe anualmente un monto de precipitaciones que oscila

entre 2.000 y 3.000 mm., y que en el invierno se presenta slida. Slo cuatro meses

presentan un promedio trmico superior a 10 C.

Clima de Hielo por Efecto de Altura: Es difcil definir la extensin en que domina este tipo

climtico, un ndice indirecto puede ser la lnea de las nieves eternas. Los espacios situados sobre

los 1.800 m de altitud, corresponden fundamentalmente al dominio de las nieves permanentes.

Presentan bajas temperaturas durante todo el ao, mayoritariamente inferiores a 0 C. Las

precipitaciones de tipo nivoso pueden ser abundantes, pero hay que tener presente que la nieve

puede estar ausente debido a una escasez de precipitaciones, aunque se cumpla el requisito

trmico.


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Tabla 2. 1 Valores Climticos Medios Anuales IX Regin los ltimos 10 Aos2

Ao T (C) TM (C) Tm (C) PP (Mm) H (%) V (Km/h )

2000 11,30 18,10 6,30 1.125,30 79,80 7,902001 11,70 19,20 5,90 1.231,35 75,20 8,20

2002 11,49 18,33 6,44 1.017,29 76,10 75,50

2003 11,40 18,60 5,90 986,05 75,20 7,30

2004 11,80 19,30 6,30 1.165,84 77,00 7,20

2005 11,72 18,63 5,81 10.897,65 79,40 7,89

2006 11,50 18,80 6,00 1.068,35 80,40 8,10

2007 10,70 18,20 4,90 930,16 79,20 7,40

2008 12,30 20,10 6,50 1.012,44 78,20 8,00

2009 11,40 18,60 5,90 955,85 78,70 7,80

2010 10,80 18,10 5,60 798,32 80,20 7,90

2011 11,50 18,90 6,10 954,29 79,40 8,10

T: Temperatura Media Anual (C)

TM: Temperatura Mxima Media Anual (C)

PP: Precipitacin Total Anual (Mm)

H: Humedad Media Anual (%)

V: Velocidad Media Anual del Viento (Km/h)

2Fuente: Datos climticos http://www.tutiempo.net/clima/Temuco


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Figura 2. 1 Temperaturas promedio en la regin durante los ltimos diez aos3

Figura 2. 2 Humedad promedio en la regin durante los ltimos diez aos4

3Fuente: Elaboracin propia, datos http://www.tutiempo.net/clima/Temuco4Fuente: Elaboracin propia, datos http://www.tutiempo.net/clima/Temuco

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

T (C) 11,3 11,7 11,4 11,4 11,8 11,7 11,5 10,7 12,3 11,4 10,8 11,5

9,50

10,00

10,50

11,00

11,50

12,00

12,50

Temperatura

s

Temperaturas Medias Anuales

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

H (%) 79,8 75,2 76,1 75,2 77,0 79,4 80,4 79,2 78,2 78,7 80,2 79,4

72,00

73,00

74,00

75,00

76,00

77,0078,00

79,00

80,00

81,00

Humedad

Humedad Media Anual


24/137



2.2.3 Humedad

Humedad Atmosfrica

La humedad atmosfrica es la cantidad de vapor de agua existente en el aire. Depende de

la temperatura, de forma que resulta mucho ms elevada en las masas de aire caliente que en las

de aire fro. Se mide mediante un aparato denominado higrmetro, y se expresa mediante los

conceptos de humedad absoluta, especfica, o relativa del aire.

Humedad Absoluta

La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua presente en el aire, se expresa engramos de agua por kilogramos de aire seco (g/kg), gramos de agua por unidad de volumen

(g/m) o como presin de vapor (Pa o KPa o mmHg). A mayor temperatura, mayor cantidad de

vapor de agua permite acumular el aire.

Humedad Relati va

La humedad relativa es la humedad que contiene una masa de aire, en relacin con lamxima humedad absoluta que podra admitir sin producirse condensacin, conservando las

mismas condiciones de temperatura y presin atmosfrica. Esta es la forma ms habitual de

expresar la humedad ambiental. Se expresa en tanto por ciento (%)

Punto de Roci

El punto de roco se define como la temperatura a la cual el aire se enfra para que ocurrala condensacin (saturacin). El punto de roco depende de la concentracin de vapor de agua

presente, y por lo tanto de la humedad relativa adems de la temperatura del aire.


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Vapor de Agua

Al aplica energa calrica al agua por sobre su punto de ebullicin, esta se convierte en

vapor, o agua en estado gaseoso. Sin embargo, no todo el vapor es el mismo. Las propiedades del

vapor varan de gran forma dependiendo de la presin y la temperatura la cual est sujeta.

Figura 2. 3 Distribucin de los distintos tipos de vapor de agua5

2.2.4 Transporte de la humedad

Cuando un material poroso est en contacto con aire o agua, la humedad (agua lquida,

vapor de agua) se desplaza a travs de los poros. El vapor de agua se desplaza por difusin y por

conveccin del aire en este ltimo caso se presenta cuando existe un gradiente de presin.

5Fuente:http://www.slideshare.net/gresiq/vapor-de-agua
http://www.slideshare.net/GRESIQ/vapor-de-aguahttp://www.slideshare.net/GRESIQ/vapor-de-agua


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Adems, el agua adsorbida puede migrar sobre la superficie de los poros, dando lugar a la

denominada difusin superficial.

En general, para el estudio del transporte de humedad en un medio poroso se realizan las

siguientes simplificaciones6:

El proceso es isotrmico

La materia slida es rgida, macroscpicamente isotrpica, inerte y homognea

Los fluidos son agua y aire hmedo

El aire hmedo es un gas ideal, mezcla de aire seco y vapor de agua

El agua es un fluido Newtoniano (su viscosidad se considera constante en el tiempo) y de

densidad constante

El agua es pura, se desprecia el efecto de sales y otros contaminantes

Los efectos gravitacionales en el transporte son despreciables

Existe un equilibrio termodinmico entre el agua y el vapor a travs del medio poroso

El aire est a presin atmosfrica a lo largo del medio poroso

Con estas simplificaciones, el proceso de traspaso de humedad se realiza principalmente de dos

maneras en un medio de poros abierto:

Por difusin de vapor

Por capilaridad

Como hemos sealado, el transporte de humedad puede realizarse por difusin y por capilaridad,

pero existen zonas del rango higroscpico en que predomina una forma sobre otra. A bajas

humedades relativas tan solo se produce difusin del vapor de agua, si se desprecia la conveccin

de aire. A medida que la humedad relativa aumenta, se va creando la capa multimolecular sobre

las paredes de los poros y se produce la difusin superficial.

A mayores humedades surgen zonas aisladas en la que se crea la condensacin capilar con lo que

se reduce el transporte de vapor de agua y se enfatiza el transporte en fase lquida, resultando un

aparente aumento del transporte macroscpico de vapor. Estas zonas aisladas, donde se verifica la

6Fuente: Tesis Doctoral Caractersticas Higrotrmicas de Materiales de Construccin, Arcilla aligerada y Picn(Gmez, 2006)


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condensacin capilar, interactan a travs de la evaporacin/condensacin y de la

adsorcin/desorcin.

El agua lquida que fluye dentro de un poro pequeo puede evaporarse en un poro grande y fluir

como vapor a travs de l. En el siguiente poro pequeo, el vapor puede condensarse de nuevo y

continuar su desplazamiento nuevamente como lquido. A medida que las zonas en las que se

produce condensacin capilar van aumentando, el transporte de humedad es una combinacin de

difusin y capilaridad. Cuando la humedad relativa es prxima al 100%, las regiones aisladas en

las que se ha formado la condensacin capilar van expandindose y colapsan formando, a cierto

grado de saturacin de humedad, una fase continua de agua lquida. En este punto el transporte de

humedad por capilaridad es dominante y se produce un aumento sustancial en la permeabilidad a

la humedad.

En el siguiente esquema se recogen los diferentes mecanismos de transferencia de humedad a

nivel microscpico en funcin de la humedad relativa.

Figura 2. 4 Mecanismos microscpicos de transporte de vapor de agua7.

7Fuente: Tesis Doctoral Caractersticas Higrotrmicas de Materiales de Construccin, Arcilla aligerada y Picn

(Gmez, 2006)


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En siguiente esquema se muestra la estructura de los procesos por difusin junto con las leyes

que gobiernas dichos proceso.

Figura 2. 5 Procesos de difusin8

Transferencia de Humedad por Difusin

Es un proceso molecular de transferencia de masa en el que las molculas de vapor de

agua se desplazan bajo el efecto de un gradiente de concentracin o de presin parcial. Esta

definicin excluye la presencia de un gradiente de presin total que implique transferencia bruta

de masa.

El proceso de difusin de vapor en un volumen infinito est gobernado por la Ley de Fick9la que

dice que en un material poroso, como consecuencia de la diferencia de concentracin o de

presin parcial del vapor de agua, las molculas de vapor de agua se desplazan por difusin en el

seno de la mezcla de gas (vapor y aire seco) que llena los poros no inundados, a una velocidad(x), mientras que el gas se desplaza a una velocidad (y).

8Fuente: http://materias.fi.uba.ar9Adolf Eugen Fick (nacido el3 de septiembre de1829 enAlemania y fallecido el21 de agosto de1901 en Blgica)fue unmdico alemn. En1855 deriv las leyes de difusin, que se refieren a ladifusin y osmosis de ungas atravs de unamembrana.Su ley de difusin es aplicada todava en nuestros das, sobre todo enfisiologa yfsica.

Proceso de Difusin

DifusinMolecular

Ley deFick

Mecanismos detransmisin del

calor

Conveccin

Coeficientede Pelcula

Ley deNewton

Ley defourrier

ConductividadTrmica

Leyes de laradiacin

Ley deStefan

Ley deKirchoff

Ley de Wien
http://es.wikipedia.org/wiki/3_de_septiembrehttp://es.wikipedia.org/wiki/1829http://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/21_de_agostohttp://es.wikipedia.org/wiki/1901http://es.wikipedia.org/wiki/B%C3%A9lgicahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9dicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/1855http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Fickhttp://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Membrana_semipermeablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Fisiolog%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fisiolog%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Membrana_semipermeablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Fickhttp://es.wikipedia.org/wiki/1855http://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9dicohttp://es.wikipedia.org/wiki/B%C3%A9lgicahttp://es.wikipedia.org/wiki/1901http://es.wikipedia.org/wiki/21_de_agostohttp://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/1829http://es.wikipedia.org/wiki/3_de_septiembre


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La altura que alcanza la humedad por capilaridad en una pared depende de una serie de factores,

entre ellos el tamao de los poros en el material, los componentes de los materiales y el

porcentaje de humedad. En la mayora de los casos, es bastante improbable que la humedad por

capilaridad ascienda a ms de 1,5 metros. No obstante, en casos extremos (por ej., cuando en una

pared se ha cubierto con una membrana impermeable) la humedad puede superar los dos metrosde altura.

La altura hque puede alcanzar la humedad est dada por la siguiente ecuacin 11:

=

[m] (2. 3)

= tensin superficial intersticial (N/m)

= ngulo de contacto

= densidad del lquido (kg/m)

g= aceleracin debida a la gravedad (m/s)

r= radio del tubo (m)

Algunos de los sntomas ms habituales de este tipo de humedad son:

Indicios de humedad que aparecen en las paredes a 1,5 metros del suelo

Humedad o zcalos deteriorados

Depsitos salinos en la superficie de la pared

2.2.5 Propiedades Higroscpicas de los Materiales Porosos

Ya analizados los mecanismos de almacenamiento y transporte de humedad, es precisodefinir las propiedades higrotrmicas de los materiales porosos que permitan cuantificar su

capacidad de almacenamiento y transporte de humedad.

11Fuente: http://ruc.udc.es


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Propiedades bsicas

Las propiedades bsicas fundamentales de un material poroso incluyen la porosidad

abierta, la densidad bruta, la densidad de las partculas, contenido de humedad de saturacin,

grado de saturacin, coeficiente de absorcin capilar, contenido de humedad capilar e Isoterma

desorcin.

Porosidad abierta (0):Es una relacin entre el volumen de poros abiertos y el volumen total de

la muestra de material. Permite calcular el mximo contenido de agua o contenido de humedad

en estado de saturacin.

=

[-] (2. 4)

Densidad bruta (b):Densidad bruta o aparente es la relacin entre la masa de la muestra y suvolumen. Se define como el peso de 1m3de material seco, las normas definen seco a un material

que ha sido calentado a los 105 C hasta que en dos medidas consecutivas la variacin de peso es

inferior al 0,1% del peso total.

=

[kg/m3] (2. 5)

Densidad de las par tculas (p): La densidad de las partculas es la relacin entre la masa seca y

el volumen de partculas slida de material, incluidos los poros cerrados.

=

[kg/m3] (2. 6)

Conteni do de humedad saturada (Wsat): Es el contenido de humedad del material en condiciones

de saturacin, por unidad de volumen. El material est saturado cuando en condiciones de vaco

todos sus poros abiertos estn rellenos de agua. Es el mximo contenido de humedad terico que

puede contener el material.

=

= [kg/m

3] (2. 7)

Grado de saturacin (Sw):El volumen de poros se considera lleno de agua lquida, vapor de

agua y aire seco, formando los dos ltimos una mezcla de aire hmedo. A la suma de los 3

componentes se les denomina humedad. El grado de saturacin de un material poroso es la


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relacin entre su contenido de humedad y el mximo contenido de humedad que puede tener, el

correspondiente al material saturado de humedad, cuando todos sus poros abiertos estn

inundados de agua.

=

=

[-] (2. 8)

Donde 1 esel volumen de poros que contienen humedad de agua en relacin al volumen total

de poros 0 de la muestra, donde el grado de saturacin puede varia de 0 (seco) a 1 (saturado).

Contenido de humedad capilar (Wc): Es el contenido de humedad en el material en condiciones

de saturacin por absorcin capilar, por unidad de volumen de material. El material no est

completamente saturado de agua puesto que an quedan burbujas de aire aisladas en los poros,

pero a efectos prcticos es el mximo contenido de humedad que puede alcanzar un material

poroso de construccin en condiciones de trabajo bajo lluvia o condensacin. Se considera que

por encima de este valor, el flujo de aire a travs del material es imposible. Es importante para

penetracin de aguas lluvia, condensacin superficial abundante y condensacin intersticial entre

capas capilares y no capilares.

Coeficiente de absorcin capi lar (Aw):Este coeficiente determina la cantidad de flujo de agua

absorbida por capilaridad de un material poroso en contacto con agua.

I soterma desorcin W (): Establece la relacin entre el contenido de humedad en un medioporoso y la humedad relativa del aire en equilibrio, a temperatura constante.

La sorcin es consecuencia de dos fenmenos: la adsorcin de agua en las paredes de los poros

primero en capa mono molecular y despus en capas multimolecular, y la condensacin capilar a

partir de humedades relativas superiores al 40%.

En la zona de baja humedad relativa, cuando se forma la capa mono molecular, se produce un

incremento sustancial del contenido de humedad en el material. Este incremento es ms

pronunciado cuanto mayor sea la porosidad abierta (0) del medio y menor el tamao de los

poros. A medida que la humedad relativa aumenta, el contenido de humedad crece de manera

aproximadamente lineal, con mayor o menor pendiente en funcin de la distribucin del volumen

de poros del material, de modo que todos los materiales de poro abierto presentan un

comportamiento higroscpico ms o menos pronunciado.


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En una determinada franja de humedad relativa, las zonas dispersas en las que se ha producido

condensacin capilar empiezan a unirse, creando una continuidad en fase lquida. A partir de este

momento el transporte de humedad se intensifica al producirse en fase lquida. Al contenido de

humedad a partir del cual se forma la continuidad en fase lquida se le denomina contenido crtico

de humedad (Wcr) esto es el mnimo contenido de humedad para que se inicie el transporte dehumedad en fase liquida. Por debajo de este contenido crtico, el transporte de humedad se realiza

nicamente por difusin de vapor.

En la figura 2.6 se aprecian las isotermas de adsorcin y de desorcin de un medio poroso,

sealndose los puntos ms representativos.

Figura 2. 6 Grafico de Isoterma de sorcin12

12Fuente: http://www.fao.org


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2.2.6 Problemas que genera la Humedad en los Materiales

Generalmente la humedad se hace presente por la aparicin de manchas y moho en las

paredes esto se debe generalmente a filtraciones o a la humedad del ambiente, por eso tener

el control de la humedad en las viviendas es una tarea complicada porque deteriora los diferentes

materiales poco a poco. La humedad no slo causa un mal efecto esttico, sus consecuencias son

ms graves porque producen hongos y microorganismos que pueden ser perjudiciales para la

salud, sobre todo para las personas que padecen alergias. Por esta razn es muy importante tratar

las paredes afectadas en cuanto asoman los primeros brotes, en la Figura 2.7 se aprecia el moho

en los muros

Figura 2. 7 Moho en Muros13.

Entre otros daos que provoca la humedad se encuentran14

:

Corrosin de armaduras de estructuras de hormign armado

Deterioro en vigas, muros y cielos

13Fuente: http://www.construmatica.com14Fuente: http://www.murprotec.es


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Oxidacin de estructuras metlicas

Deformacin de puertas y ventanas

Eflorescencia en el hormign

Degradacin de materiales

Deterioro de pinturas

Figura 2. 8 Deterioro de pinturas15

Las causas de la aparicin de humedad son varias, aunque las ms comunes son las filtraciones y

la condensacin de agua que se genera por actividades y artefactos que se utilizan en una

viviendas como son las duchas, baos, cocina, lavadoras, secadoras, lavaplatos, secado de ropas

al interior de los hogares y nuestra propia respiracin, en la Figura 2.9 se muestran las fuentes de

humedad de una vivienda.

15Fuente: Fotografa propia


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Adems se pueden tomar otras consideraciones como lo son18:

En el caso de las habitaciones, es conveniente que posean ventilacin cruzada interior,

generando circulacin y renovacin de aire en todos los sectores.

Un buen asoleamiento del local disminuye posibles condensaciones.

Toda actividad que pudiese generar vapor de agua al ambiente de la vivienda, deber

tener ventilacin al exterior calefactores de gas, lavado, secado y planchado de ropas,

cocina, duchas, etc.

Evitar la formacin de puentes trmicos en muros, pretiles, azoteas y techos.

Disponer de buen sistema de calefaccin

Correcto empleo de elementos aislantes, ventilaciones y barreras de vapor.

Deberemos limpiar las manchas de moho con agua y cloro ya que si no es posible que las

manchas de moho vuelvan a aparecer.

2.2.7 Normativa que nos permiten determinar las propiedades higroscpicas de los

materiales

La permeabilidad al vapor de agua se determina mediante un ensayo de difusin de vapor

de agua. Este ensayo se puede realizar de acuerdo a la Norma Chilena NCh 2457 Of 2001, o las

normas extranjeras como los son UNE-EN ISO 12572:2001, la norma americana ASTM-E96 o

la norma alemana DIN-52- 615- 1973, entre otras.

El presente trabajo se realizo tomando como referencia la Norma Chilena NCh 2457 Of 2001 esta

norma establece un mtodo de determinacin de la permeabilidad al vapor de agua (humedad) de

los materiales de construccin en general, se aplica a materiales homogneos, materiales cuasi-

homogneos (tales como porosos, fibrosos y granulares) y a materiales laminados.

Esta norma establece las condiciones que se deben tener para determinar la permeabilidad al

vapor de agua mediante el sometimiento de una muestra de material poroso a un proceso

isotrmico de difusin de humedad en rgimen estacionario, en el que se crea un flujo de vapor a

18Fuente: http://es.slideshare.net/SagitarioGC/humedad-13519764


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travs de la muestra. Para ello se coloca la muestra en un recipiente o copa, y el flujo de vapor se

logra exponiendo ambos lados de la muestra a diferentes condiciones de humedad relativa, para

lo cual se deben cumplir una de las cuatro condiciones descritas en la tabla 2.2.

Para desarrollar este ensayo experimental se opto con la condicin B de la tabla 2.2., por lo

que fue necesario contar con una variedad de equipos y sistemas que nos permitieran cumplir

con dicha condicin.

Tabla 2. 2 Condiciones ambientales para el ensayo 19

CondicinSmbolo que identifica

la condicinTemperatura Humedad relativa %,

en lado secoHumedad relativa%, en lado hmedo

A 23 - 0/50 23 0,5 0 a 3 47 a 53

B 23 - 50/95 23 0,5 47 a 53 90 a 95

C 23 - 0/85 23 0,5 0 a 3 82 a 88

D 38 - 0/90 38 0,5 0 a 3 88 a 92

En este captulo se contextualiza el medio al que estn sometidos los diferentes

materiales de construccin tomando en cuenta las condiciones de humedad y temperaturas que

caracterizan a nuestra regin, a si como las diferentes propiedades higroscpicas de estos

materiales las que nos permiten darles un mejor uso conociendo las condiciones de humedad a

las que sern sometidos.

19Fuente: Tabla de desecantes segn NCh 2457 Of 2001


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Capitulo 3 Metodologa


CAPTULO III

METODOLOGA


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3 METODOLOGA

3.1 Introduccin

En el presente captulo se dan a conocer las caractersticas principales de un ensayo

experimental para determinar el Traspaso de Vapor en Materiales de Construccin la

metodologa que se utilizara para lograr los objetivos del trabajo as como tambin las

actividades, equipos y herramientas utilizadas, destacando sus principales funciones.

Como se menciono en el capitulo anterior la implementacin de este ensayo se realizara

cumpliendo la condicin B que especifica la NCh 2457 Of 2001 para lo cual se asen

necesarios los siguientes equipos y sistemas que se detallan en este captulo.

3.2 Equipos y Sistemas.

3.2.1 Cmara Aislante

Se construyo una cmara aislante en base a planchas de terciado estructural 9 mm y poliestireno

expandido de 70 mm para mantener un ambiente controlado, esta cmara nos permiti controlar

la temperatura en un rango de 23 5C, adems la humedad relativa se deben mantenerse en un

rango del 47 al 53%.

3.2.2 Fuente de Calor

Se deber contar con un sistema que nos permita controlar las temperaturas en un rango de 23 a

38C dependiendo de las condiciones de ensayo. Debido a que la cmara de ensayos se alimenta

de la red monofsica de tensin alterna de 220 volt y no tiene un dispositivo para regular su

temperatura, se hizo necesario un regulador de voltaje para provocar una modificacin del voltaje

de entrada y as obtener la temperatura deseada.


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3.2.3 Control de humedad y temperaturas

Para controlar las temperaturas y humedades relativas se utilizara un higrmetro digital adems

de dataloggers que por medio de sensores mide y graba las condiciones de temperatura y

humedad con intervalos programables de 2 segundos a 24 hrs. Estn equipados con memoria

interna para almacenamiento de datos con un ordenador personal y se utiliza un software para

activar el registrador de datos y ver y analizar los datos escogidos.

Termogramas

Una vez terminadas las mediciones con los dataloggers ste se conecta a un computador para

generar una grfica (termograma) con todo los puntos registrados (temperatura, punto de roco,

humedad relativa) y as poder realizar los anlisis correspondientes.

3.2.4 Recipiente de ensayo

Debe ser de material inerte e impermeable al agua o vapor. Conviene que sea liviano y que tenga

forma circular o cuadrada, con dimetro o arista superior o igual a 125 mm. Debe estar provisto

de una orilla sobresaliente con borde.

A (altura de borde); B (Arista inferior); C (Ancho de orilla); D (Profundidad); E (Arista exterior)

Figura 3. 1 Recipiente de ensayos20

20Fuente: NCh 2457 Of 2001


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3.2.5 Control de Peso en las Probetas

Se contar con una balanza de una sensibilidad que permita determinar una cantidad inferior al

1% del cambio de peso experimentado por el conjunto recipiente-probeta, durante el perodo que

llega a rgimen estacionario.

3.2.6 Costos de Implementacin del Ensayo

Se realizo un presupuesto donde se detallan todos los gastos en materiales y equipos necesarios

para la implementacin del ensayo.

3.3 Mtodos de Ensayos

Para determinar los distintos parmetros higroscpicos de los materiales utilizados en la

construccin se realizara un ensayo experimental basndose en la norma chilena NCh 2457 Of

2001. Esta norma establece un mtodo de determinacin de la permeabilidad al vapor de agua de

los materiales de construccin en general. Es aplicable a materiales homogneos y cuasi-

homogneos (porosos, fibrosos y granulares) y a materiales laminados.

3.3.1 Mtodo Hmedo

La muestra se coloca sobre la boca de un recipiente que contiene agua, sellando el borde de

contacto. El conjunto se introduce en una cmara de ensayo con atmsfera controlada.

En ambos mtodos, como resultado del diferencial de presin parcial de vapor que se presenta en

el sistema, se produce un flujo constante de vapor de agua a travs de la muestra.


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3.4 Probetas de Ensayo.

Las probetas deben ser representativas del material ensayado con un rea mayor o igual a 50

cm2 teniendo en consideracin las dimensiones del recipiente de ensayo

El espesor de las probetas seleccionadas debe incluir una tolerancia adecuada para absorber la

influencia de falta de homogeneidad de la probeta es decir el espesor deber ser a lo menos el

doble del tamao de los poros superficiales mayor o del tamao de partculas mayores.

3.4.1 Numero de Muestras

Si un producto es destinado para su uso en una sola posicin, se ensayan tres probetas por

el mismo procedimiento, con la direccin indicada para el flujo de vapor.

Si ambas caras del producto son idnticas, se ensayan tres probetas por el mismo

procedimiento

Si las dos caras del producto son diferentes y cada una de ellas puede estar en contacto

con vapor, se ensayan cuatro probetas por el mismo procedimiento, dos en cada direccin

y se indica en el informe.

Una placa compuesta de varias capas, se debe ensayar en todo su espesor

Si el material tiene superficie irregular, se debe ensayar en todo el espesor de uso. Sin

embargo es un material homogneo se puede ensayar en un espesor menor.

3.5 Determinacin de resultados

Los resultados obtenidos sern de acuerdo a la norma NCh 2457 Of 2001, la que nos permite

determinar los siguientes parmetros.


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3.5.1 Grado de transmisin de vapor de agua, TVA

Flujo constante de vapor de agua que atraviesa un cuerpo en un perodo de tiempo determinado,

bajo condiciones especficas de temperatura y humedad entre ambas caras. Se expresa como

=

(3. 1)

Donde:

TVA: grado de transmisin de vapor de agua, en g/ (m 2x h)

m: cambio de masa,g, ocurrido en el tiempo,t

t= tiempo entre lecturas, en hrs.

A: rea de ensayos en m2

3.5.2 Permeancia de vapor de agua, PR

Flujo constante de vapor de agua que atraviesa un cuerpo en un perodo de tiempo determinado,

inducido por la diferencia de presin entre ambas caras.

=

(3. 2)

Donde:

PR: permeancia del recubrimiento, en g / m2x hrs x mmHg

p: S (R1- R2)

S: presin de saturacin del vapor de agua a la temperatura del ensayo, en mmHg, segn valores

de Tabla 3.3.

R1: % de humedad relativa, del lado con mayor presin de vapor (expresado como fraccin)

R2: % de humedad relativa, del lado con menor presin de vapor (expresado como fraccin)


45/137


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3.5.4 Resistencia a la Humedad, R

Valor reciproco de la permeancia de vapor de agua se designa por:

=

(3. 4)

En: (m2x hrs x mmHg)/grs

3.6 Anlisis de Resultados

Luego de someter a ensayo diferentes materiales utilizados en construccin y haber obtenido losparmetros establecidos en la norma se darn a conocer los resultados adems de las

caractersticas principales de cada material ensayado as como el uso ms frecuente.

3.6.1 Clasificacin de Materiales por Rango de Absorcin

Con los resultados obtenidos en los ensayos se creara un mtodo de clasificacin segn el rangode absorcin de vapor y el ambiente de uso, interior o exterior. Esto con el fin de utilizar los

materiales que tengan mejor comportamiento las condiciones de humedad a las que sern

sometidos.


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CAPTULO IV

DISEO EXPERIMENTAL


48/137

Capitulo 4 Diseo Experimental


4 DISEO EXPERIMENTAL

4.1 Introduccin

En el presente capitulo se desarrollo el trabajo utilizando la metodologa descrita en el

capitulo anterior, donde se describir cada paso realizado para implementar de forma

experimental este ensayo, que nos permita determinar la permeabilidad al vapor de agua de

distintos materiales de construccin.

Tambin se entregar una base terica que permita la futura implementacin de este ensayo en el

laboratorio de eficiencia energtica de la Universidad de la Frontera en forma profesional ya que

en la actualidad ningn laboratorio de la regin realiza este ensayo.

4.2 Implementacin del Ensayo

En la implementacin del ensayo se busca tener las condiciones mnimas para cumplir

con lo establecido en la norma NCh 2457 Of 2001, para lo cual fue necesario construir una

cmara de ensayo, recipientes acrlicos entre otros.

4.2.1 Cmara de Ensayos

La cmara aislante tiene por objetivo tener un ambiente controlado para lo cual se empleo

terciado estructural de 9 mm de espesor como revestimiento exterior que fueron fijadas y

aplomadas mediante escuadras metlicas de 2 lo que permiti darle soporte estructural a la

cmara. Adems se empleo silicona multiuso para sellar todas las junturas para evitar las

infiltraciones desde el exterior.

En el interior de la cmara cuenta con una aislacin trmica compuesta por poliestireno

expandido de 7 mm el que se ados a las paredes exteriores mediante adhesivo para montaje y


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como paredes interiores se utiliz terciado estructural de 9 mm, esto permiti la imitacin de

repisas para colocar las probetas durante los ensayos.

Esto se aprecia de mejor forma en un corte esquemtico de la cmara figura 4.1 en donde se

aprecia cada componente adems de sus dimensiones.

Figura 4. 1 Corte esquemtico cmara de ensayos22

Aislacin Interior

Para la aislacin interior de la capsula se utilizo poliestireno expandido con un espesor de

7mm con una densidad de 10 kg/m3 por ser un material higroscpico y que tiene una gran

estanqueidad, lo que limita la absorcin de agua al mnimo an en estado sumergido yprcticamente sin trnsito de agua lquida por capilaridad. Esta caracterstica hace que el

poliestireno expandido mantenga inalterable su capacidad de aislacin trmica y a la vez tenga

una elevada resistencia a la difusin de vapor de agua, disminuyendo el dao por condensaciones

22Fuente: Elaboracin propia


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de vapor de agua al interior del material. Es definido como un material permeable a los gases,

pero prcticamente impermeable al agua. Adems se caracteriza por tener una alta resistencia

trmica dedo a su bajo coeficiente de conductividad trmica, los que se detallan en la tabla 4.1

siguiente.

Tabla 4. 1 Conductividad trmica del poliestireno 23

Conductividad trmica en funcin de la densidad

(W/mk) kg/m3

0,043 10

0,0413 15

0,0384 20

0,0373 25

0,0361 30

Sello de Puerta

Con la finalidad de impedir el traspaso de aire desde el interior y viceversa de

temperatura, se instal un burlete (figura 4.2) doble en el permetro de la puerta de la cmara lo

que permite un sierre ms hermtico de la misma.

23Fuente: Catalogo BASF poliestireno expandido.


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Figura 4. 2 Burlete en puerta para un sierre hermtico24

Pintura Cmara de Ensayos

En el exterior de la cmara de ensayos se aplic pintura oleo con el objetivo de darle una

capa de proteccin contra la infiltracin de humedad, adems de contribuir con la preservacinde la temperatura interior y a una mejor terminacin de la cmara.

4.2.2 Fuente de calor

Como fuente de calor se utilizara una ampolleta de 15 watt y de luz clida la cual fue

instalada en la parte superior de la cmara de ensayos y para mantener las temperaturas en elrango deseada fue necesario contar con un reductor de voltaje.

2424Fuente: fotografa propia


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Figura 4. 3 Fuente de calor ampolleta 15W luz clida

Reductor de Voltaje

La funcin de este equipo es generar un voltaje constante a partir de uno variable, ya que

la cmara de ensayos se alimenta de la red monofsica de corriente alterna de 220 volt y no

dispone de un dispositivo para regular su temperatura, fue necesario la instalacin de este

instrumento (Figura 4.4) para provocar una modificacin del voltaje de entrada y reducir la

potencia elctrica y as bajar la temperatura en la ampolleta al interior de la cmara. Para las

primeras mediciones de temperaturas se utilizo un voltaje de 140 volt, lo que produca

temperaturas relativamente altas.

Figura 4. 4 Reductor de Voltaje AC


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Software para anlisis usado para ver las grficas

Larga vida de la batera

Adems se utilizo un higrmetro digital que se instalo al interior de la cmara de ensayos

(Figura 4.6), esto permita verificar visualmente la temperatura y humedad durante los ensayos.

Figura 4. 6 Higrmetro Digital

Termogramas

Con los datos obtenidos por los Dataloggers durante los cuatro das que se dejaron al

interior de la cmara de ensayos y que se registraba datos cada 30 segundos se generaron los

termograma (Figura 4.7), en el cual se puede apreciar que la temperatura (lnea roja) se

encuentran por sobre los 23,5C que es la temperatura ideal para el ensayo por otra parte la

humedad relativa (lnea azul) se mantiene constante dentro del rango requerido (47- 53%) para el

ensayo, el termograma tambin nos entrega al punto de roco (lnea verde) como informacin.

Adems se presenta posterior a cada grafico, un resumen con los mximos y mnimos de cada

uno de los datos mencionados anteriormente con su respectivo promedio.


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Figura 4. 7 Termograma cmara de ensayos


dataloggers del interior de la cmara de ensayos.

Temperatura Humedad Relativa Punto de Roco

Mximos 25,7 53,8 15,5

Mnimos 23,3 52,6 13,1

Promedios 24,5 53,2 14,3

D. Estndar 1,2 0,6 1,2

Como se aprecia en la tabla 4.2 la temperatura promedio es por sobre los 23,5C que indica lanorma, para solucionar este problema solo se debi regular el voltaje que alimentaba la ampolleta

con lo que bajaron las temperaturas internas de la cmara, para comprobar esto se realizaron

nuevos registro de datos por los dataloggers durante dos das generando as un nuevo

Termograma.


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Figura 4. 8 Termograma segundo control de temperaturas


dataloggers del interior de la cmara de ensayos despus de regular la temperatura

Temperatura Humedad Relativa Punto de Roco

Mximos 24,5 54,5 16,1

Mnimos 22,7 52,3 14,3

Promedios 23,6 53,4 15,2

D. Estndar 0,9 1,1 0,9

Como se puede apreciar en la tabla 4.3 la temperatura y humedad relativa se mantienen dentro de

los rangos ptimos, adems durante cada ensayo se realizaran mediciones las que nos permitirn

conocer las condiciones individuales de cada ensayo, estos Termogramas se presentan en el

Anexo A.


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Para mantener la humedad relativa dentro de los rangos ptimos fue necesario contar con una

fuente de humedad, que consisti en un recipiente plstico (Figura 4.9) con agua el que tena un

rea de evaporacin de 56,8 cm2 lo que mantena el flujo constante de humedad.

Figura 4. 9 Recipiente con agua para mantener la humedad

Este procedimiento se realizo teniendo en cuenta los factores que influyen en la evaporacin

entere los cuales estn26:

Radiacin solar

Temperatura del aire

Humedad

El Viento

El volumen de agua

rea de evaporacin

26Fuente: http://es.scribd.com/doc/91320497/factores-que-determinan-la-evaporacion


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Para mantenerte la fuente de humedad solo se controlo la cantidad de agua y en la superficie

evaporante del recipiente. Esto se baso en un ensayo de evaporacin realizado por la Universidad

de Zaragoza, donde se demostr la relacin entre la superficie de evaporacin y la masa

evaporada (Figura 4.11), en donde se utilizaron cuatro probetas de distinto tamao y con la

misma cantidad de agua (150 ml), y se demostr la directa relacin entre superficie y masaevaporada.

Figura 4. 10 Recipientes de ensayo27

Figura 4. 11 Relacin entre superficie de evaporacin y masa evaporada28

27Fuente: Estudio de la evaporacinUniversidad de Zaragoza www.unizar.es/actividades_fq/evaporacion28Fuente: Estudio de la evaporacin Universidad de Zaragoza www.unizar.es/actividades_fq/evaporacion


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4.2.5 Sellador

En el primera instancia se utilizo silicona pero no cumpli con las condiciones de sellado

requeridas por lo que se reemplazo por cera de abejas con lo que se hiso ms fcil adherir la

probeta al borde del recipiente. Se opto por este sellante por ser muy resistente al paso del agua e

impermeable al vapor, tambin es altamente moldeable lo que permite que tome la forma del

material a ensayar, lo que hiso ms hermtico el sellado del recipiente.

Antes de aplicarlo sobre las probetas se le debi aplicar calor en un horno, por un periodo de 20

minutos a 40C de temperatura, esto hiso que la cera cambiara su estado slido a plstico

facilitando su aplicacin.

Figura 4. 13 Cera de abejas

4.2.6 Costos Asociados a la Implementacin del Ensayo

Se realiz un presupuesto para cuantificar el costo econmico de la implementacin de

este ensayo, que si bien es experimental pero de igual manera se requiri de recursos para contar

con los elementos bsicos que nos permitieron realizar el ensayo de acuerdo a la norma.


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En la siguiente tabla se presenta el detalle de los materiales y los costos totales.

Tabla 4. 4 Costos asociados al ensayo

COSTOS DE MATERIALES Y EQUIPOS PARA IMPLEMENTAR EL ENSAYO

Material Unidad CantidadValor Unitario Costo Total

Terciado estructural pino 9mm x 1,22 x 2,44

mtPlancha 2 9.450 $ 18.900

Poliestireno Expandido 50 mm x1 x 0,5mt Plancha 6 650 $ 3.900

Poliestireno Expandido 20 mm x1 x 0,5 mt Plancha 6 300 $ 1.800

Adhesivo para montaje 300 ml Un 2 2.990 $ 5.980

Silicona elastosello 300 ml Un 2 2.490 $ 4.980Esptula 2" Un 1 480 $ 480

Junquillo 20 x 20 x 3000 mm Un 3 1.670 $ 5.010

Tornillo rosca madera 1 1/4" x 20 un Un 3 410 $ 1.230

Escuadras zincada 2" Un 12 335 $ 4.020

Bisagra 2" Un 2 360 $ 720

Aldaba 1 1/2" Un 2 630 $ 1.260

Clavos 3/4" de 1/2 kg Kg 1 1.250 $ 1.250

Burlete de puerta Un 1 2.890 $ 2.890

Oleo blanco 1/4 gl Gl 1 3.970 $ 3.970

Brocha 3/8" Un 1 990 $ 990

Enchufe macho Un 1 690 $ 690

Soquete Un 1 990 $ 990

Cordn elctrico Mt 2 890 $ 1.780

Huincha aisladora Un 1 330 $ 330

Ampolleta 13 watts Un 1 1.990 $ 1.990

EQUIPOS

Bandejas acrlicas Un 2 8.000 $ 16.000

Higrmetro digital Un 1 30.000 $ 30.000

Cera de abejas natural Kg 3 3.800 $ 11.400

Balanza digital Un 1 205.000 $ 205.000


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Figura 4. 15 Agua Desmineralizada

Caractersticas del Agua29:

No contiene cloro

No contiene sales minerales

Libre de contaminantes orgnicos

Usos: Planchas a vapor, Radiadores, Bateras, Laboratorios.

Cumplido el tiempo de acondicionamiento las probetas eran colocadas en los recipientes de

ensayo los que contenan agua destilada mediante el siguiente procedimiento:

Primero se coloco cinta adhesiva de papel por todo el contorno de las probetas para luego

aplicar cera de abejas por el contorno. La cinta permita que la cera no manchara la

probeta, as no influira en los resultados

29Fuente: Catalogo del Producto


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Figura 4. 16 Colocacin de cinta en el contorno de la probeta

El siguiente paso era la aplicacin de la cera por todo el contorno, esta estaba

previamente calentada.

Figura 4. 17 Aplicacin de cer

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Desarrollo experimental para medición de traspaso de vapor en materiales