Difusión y condensación del vapor de agua

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Información Técnica                                                            

Construcción                                                    Física de la Construcción

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                                                                    Difusión y condensación del vapor

                                                                    de agua

                                                                Conceptos

Introducción

El aire siempre contiene una cantidad determinada de vapor de agua, producto de evaporaciones o bien de otros procesos, por ejemplo, la combustión.

Según cuáles sean las condiciones, existirá en él, por lo tanto, siempre una cantidad mayor o menor de vapor de agua por unidad de volumen, que se denominará humedad absoluta.

En el interior de las viviendas, la humedad se produce por la transpiración de los ocupantes, cocción de comidas, los baños, la calefacción individual con estufas a parafina o gas licuado, etc.

El contenido de humedad (vapor de agua) en el aire de un recinto es uno de los factores determinantes del confort térmico, particularmente a temperaturas altas, ya que de él dependen las posibilidades de evaporación o absorción de humedad del cuerpo humano.

Bajo condiciones desfavorables, el vapor de agua puede condensarse en la superficie o en el interior de los elementos constructivos.  En ambos casos, se produce un humedecimiento que puede hacer peligrar tanto la salud y el bienestar del ser humano, como también la durabilidad de los elementos constructivos.

La condensación superficial de vapor de agua en el interior de una habitación se produce principalmente cuando los elementos constructivos exteriores poseen una protección térmica insuficiente. La condensación en el interior de los elementos constructivos se debe a menudo a una inadecuada disposición de las capas de material.

La explicación de estos fenómenos físico-constructivos tiene por objeto colaborar en la investigación de las causas de daños por humedad en las construcciones y estudiar la manera de evitarlos.

Presión de vapor

Las moléculas de agua que se encuentran en el aire en forma de vapor producen, a consecuencia de su mayor o menor movimiento molecular, una presión sobre todos los cuerpos que encuentran en su trayectoria, que se denomina presión de vapor, PD, Y que forma parte de la presión atmosférica total. Según cuales sean la temperatura y humedad relativa de un ambiente, la presión de vapor será mayor o menor. Para una misma humedad relativa, el ambiente de mayor temperatura tendrá una presión de vapor mayor.

Humedad de saturación

El aire posee una capacidad limitada de absorción de vapor de agua, que depende de su temperatura. La concentración máxima de vapor de agua que podrá contener el aire a una temperatura determinada, se denomina humedad de saturación. La presión que ejerce esta cantidad de vapor de agua se llama presión de saturación. La presión de saturación depende de la temperatura.

Humedad relativa

El aire generalmente posee concentraciones de vapor de agua inferiores a las de saturación.  La razón entre la humedad existente en el aire de un ambiente y su respectiva humedad de saturación, se denomina humedad relativa.

La humedad relativa también se expresa como la razón entre la presión parcial de vapor del ambiente PD y su respectiva presión de saturación, PS.

Humedad relativa                 ϕ = PD x 100 / PS . ( %)

Punto de rocío:

Si la temperatura del aire se enfría hasta que su contenido de humedad sea igual al de saturación, entonces se ha alcanzado el estado de saturación del aire, Si la temperatura sigue disminuyendo, la humedad excedente del aire se condensa y es eliminada en forma de agua de condensación.  El punto de temperatura cuyo descenso origina el comienzo de la formación de agua de condensación se denomina punto de rocío.

Con los datos de la temperatura exterior Te y la humedad relativa exterior ϕe, se puede calcular la presión de vapor exterior Pe.  De la temperatura interior Ti y la humedad relativa interior ϕi, se determina la presión de vapor interior Pi.

         Pe = ϕe x PSe / 100 .

         Pi = ϕi x PSi / 100 .

Condensación superficial

La base de las consideraciones siguientes es una ley natural que dice:

"La capacidad de absorción de vapor de agua del aire depende de su respectiva temperatura".

Así por ejemplo, el aire a +20°C puede absorber aproximadamente 17,3 g/m3, contra aire a 0°C que solo absorbe 4,8 gr de agua por m3.

El significado de algunos de los conceptos anteriormente enunciados lo explica el ejemplo siguiente:

En una habitación rige una temperatura de T1 = +20°C y una humedad relativa del aire de  ϕ = 50%.

Este aire se encuentra con distintas temperaturas superficiales en los diversos elementos constructivos circundantes de la habitación.

Las temperaturas superficiales serán:

Muro 2:        T2 = + 16°C

Muro 3:        T3 = + 10°C

Muro 4:        T4 = +   4°C

Vidrio de ventana:        T5 = ±   0°C

(Ver tabla n°1)

El enfriamiento admisible del aire ambiente para evitar la condensación superficial puede ser aquí según tabla n°2, solamente de 10,7°C. Para todas las temperaturas superficiales que en este caso están por debajo de 9,3°C se produce por lo tanto condensación.

En la práctica, las temperaturas superficiales demasiado bajas de los elementos constructivos circundantes del ambiente se reflejan a menudo en los siguientes fenómenos:

• Aparición visible de las juntas de albañilería.
• Aparición de manchas de humedad y hongos en las esquinas de las habitaciones y en los dinteles de las ventanas.
• Condensación en los vidrios de las ventanas.
• Manchas de óxido en elementos metálicos.

Considerando que la temperatura superficial depende entre otros factores, de la resistencia térmica de un elemento constructivo, se puede evitar generalmente la condensación superficial mediante una aislación térmica adecuada.

Difusión del vapor de agua

No solamente es importante evitar la formación de condensación superficial, en los elementos de construcción, sino que también la interrogante si acaso se origina condensación y en qué cantidad en el interior de un muro exterior.

Las moléculas de vapor de agua tienen la tendencia natural a distribuirse en forma uniforme, de manera que se alcance una concentración uniforme de humedad en un ambiente.

Si en dos ambientes contiguos separados por un elemento constructivo (muro) por ejemplo, el exterior e interior de una vivienda, rigen concentraciones de humedad y por consiguiente presiones de vapor diferentes, entonces se producirá un flujo de vapor de agua a través del elemento constructivo (siempre que éste sea permeable al vapor de agua) en el sentido del gradiente de presión. Las moléculas de vapor de agua difunden a través del muro hasta que se alcance un equilibrio de presiones de vapor. Este proceso se denomina difusión de vapor de agua.

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        Esquema de la difusión del vapor de agua

Las presiones de vapor son diferentes cuando, por ejemplo, para una misma temperatura, la humedad relativa entre el aire interior y exterior del muro es diferente (ver ejemplo N°1).

Pero también las respectivas temperaturas del aire juegan aquí un rol tan importante que se puede partir de la base de que siempre habrá una presión de vapor superior por el lado de mayor temperatura.

Esto significa, en otras palabras, que:

"La difusión del vapor de agua se produce prácticamente siempre desde el lado de mayor temperatura hacia el de temperatura menor, es decir, en dirección del gradiente de temperatura (ver ejemplo N°2). 

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