El adecuado diseño tecnológico - constructivo de los cerramientos perimetrales de los edificios es fundamental para el acondicionamiento higrotérmico de los espacios arquitectónicos, determinando los niveles de confort que se verificarán con el uso. Para ello es necesario tener en claro los conceptos teóricos referidos a los procesos físicos de intercambio de humedad y temperatura. Además es necesario verificar los cerramientos mediante el método de cálculo.
Factores que influyen en el estudio de las condensaciones:
• El ambiente interior definido por la temperatura interior (Ti) y la humedad relativa (HRi). • El ambiente exterior definido por su temperatura exterior (Te) y la humedad relativa (HRe).
• Las características higrotérmicas de los materiales que componen el cerramiento, como la
conductividad térmica (λ) y las resistencias térmicas (Rt) y al vapor de agua (Rv). Cálculo de resistencias térmicas y a la vapor de agua
e λ rv Rn Rvn
m W/m ºC MNs/gm m² ºC/W MNs/g
aireexterior - - - 0,110 -
tablero de virutas orientadas OSB 0,015 0,13 15,00 0,115 0,225 camara de aire no ventilada 0,070 0,28 5,50 0,180 0,385 aislamiento lana mineral 0,060 0,031 9,60 1,935 0,576 camara de aire no ventilada 0,015 0,28 5,50 0,054 0,083 barrera de vapor, polietileno de baja densidad (LDPE) 0,050 0,33 103,00 0,152 5,150
cartónyeso 0,015 0,25 45,00 0,060 0,675
aireinterior - - - 0,060 -
Resitencias Totales (Rn) 2,666 Resistivividad al vapor total (Rvn) 7,094 coeficiente de trasmisión (1/Rt) 0,375
12.4. 1D – HAM
El PC-programa 1D-HAM soluciona el problema del transporte del calor, del aire y de la humedad en una pared porosa de varias capas.
El programa se basa en la técnica de diferencias finitas con diferencias explícitas en el tiempo. Soluciones analíticas para el acoplamiento entre el las células de cómputo para un determinado flujo de aire a través de la construcción.
Temp (°C) RH (%) v (g/m³) t=3 days (61 h) x (m) 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 T e m p e r a t u r e s ( ° C ) v ( g / m ³ ) 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 R H ( % ) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Gráfico 1: La làmina berrera de vapor (1 mm) está por el exterior. La humedad relativa en la zona de los perfiles metálicos es de 70% y la temperatura 24 ºC.
Temp (°C) RH (%) v (g/m³) t=3 days (61 h) x (m) 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 T e m p e r a t u r e s ( ° C ) v ( g / m ³ ) 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 R H ( % ) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Gráfico 2: La làmina berrera de vapor (1 mm) está entre la capa de cartón yeso y la capa de aislamiento. La humedad relativa en la zona de los perfiles metálicos es superior a 75% y la temperatura 24 ºC.
La opción de colocar la barrera por el interior es menos eficiente que la colocación de la misma por el exterior.
Temp (°C) RH (%) v (g/m³) t=3 days (61 h) x (m) 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 T e m p e r a t u r e s ( ° C ) v ( g / m ³ ) 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 R H ( % ) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Gráfico 3: Se colocan dos barreras al vapor, una por el exterior y otra por el interior, se observa que el comportamiento es casi idéntico al caso 2 (colocación de una barrera al vapor por el interior).
13. CONCLUSIONES
El objetivo principal al comenzar este trabajo era: analizar el comportamiento de las estructuras que conforman el sistema constructivo Steel Frame, la tipología de edificios en las que se puede aplicar en y en concreto las situadas en climas húmedos calidos, donde la temperatura exterior y humedad relativa es elevada frente a una temperatura interior climatizada mecánicamente de manera permanente.
Comportamiento general:
El uso de este sistema constructivo no esta solo limitado a edificaciones de baja altura aplicando la modalidad constructiva del Ballon-frame, sino que se puede implementar para construir edificios de hasta 9 plantas con la modalidad constructiva del Platfom-frame (paneles prefabricados) [nfinity Structural System], o módulos tridimensionales [the Corus Modular Systems]. En concreto se ha encontrado en Columbus (Ohio – EE.UU.) el Hotel Hilton Polaris and Conference Centre (253 habitaciones) de 9 plantas compuesto por paneles pre-panelizados y forjados de chapa colaborante. La estabilidad de estas estructuras esta dada por el arriostramiento en “X”, cruz de San Andrés, dando estabilidad a los paneles portantes y por forjados monolíticos compuesto por hormigón y acero; donde el acero se presenta en forma de lámina provista de una serie de nervios que contribuyen a reforzar la resistencia, junto con el hormigón, una vez endurecido y la chapa nervada aporta una adecuada capacidad de arriostramiento a efectos horizontales, tanto en la etapa de ejecución como en la de servicio.
El sistema constructivo además de estar constituida por una estructura ligera espacialmente esta constituida con materiales que trabajaran conjuntamente; subsistemas como el acero, elementos aislantes, instalaciones, recubrimientos, etc. enlazados entre si, garantizando el funcionamiento de la edificación.
Producción:
A la vista de la amplia utilización de este sistema constructivo en EE.UU., Australia, Japón, y en Europa en países nórdicos como Finlandia, Suecia, Dinamarca, se puede concluir que el sistema constructivo se adapta a climas fríos siendo necesario implementar capas aislantes complementarias en suelo, paredes y cubierta.
Constructivamente, el empleo de elementos de acero prefabricado y premontado reduce los trabajos en obra, los residuos del material y mejora de calidad, y sin necesidad de maquinaria pesada.
Facilidad de montaje, manejo y transporte gracias al bajo peso de los elementos. Facilidad de ejecución en las uniones.
Respec to a la e xportac ión a c imas tropic ales:
Experiencias internacionales, demuestran que este tipo de sistema constructivo, puede ser calculado para soportar múltiples fenómenos naturales, convirtiéndose es altamente resistente a sismos y vientos o tornados; como los demuestra el empleo de este sistema constructivo en zonas vulnerables a huracanes en EE.UU.
En cuanto al comportamiento higrotérmico de la envolvente de una edificación en climas tropicales y con una temperatura controlada mecánicamente e inferior a la exterior, la correcta disposición de las capas que conforman la fachada y cubierta garantiza el buen funcionamiento de la misma y la estructura. Un ejemplo de ello se produjo en Florida, EE.UU. en el Central Florida Hotel [R.J. Kudder; J.L. Erdly], una mala disposición de estas capas hizo posible la condensación afectando al recubrimiento de zinc de los montantes.
Como se ha dicho la condensación se produce por un exceso de vapor que el aire no puede contener por encima del de saturación. Diferencia de presiones entre dos ambientes.
De acuerdo al análisis gráfico de la envolvente tipo donde la barrera de vapor esta dispuesta al interior, en el clima Monzónico el porcentaje de condensación es mayor que el que se produce en los otros sub-climas (ecuatorial, tropical lluvioso) donde la presión de vapor en la cara interior del montante es de 5.34 kpa produciéndose un diferencia importante con la presión de vapor del ambiente interior (1.81kpa) provocando la saturación del aire; analizando la grafica con la barrera de vapor en el exterior presenta una presión de vapor en el mimo sitio de 2.26 kpa. Disminuyendo la diferencia; De no colocarse la barrera de vapor al exterior dentro de la envolvente se producirán condensaciones ocultas o invisibles en el área de los montantes.
Por tanto se considera que para utilizar con fiabilidad este sistema constructivo SF se debe hacer cambios en la configuración de la envolvente y la eventual construcción de este en edificaciones de varias plantas debe ser estudiada frente a las acciones de tifones (Asia) huracanes (America); ya que cuando aumenta la altura del edificio y especialmente su esbeltez; la acción del viento (carga dinámica que varia con el tiempo) comienza a comprometer la estabilidad de la construcción con igual intensidad con las cargas gravitacionales, es decir las cargas vivas y muertas que actúan en ella durante la operación usual del edificio.
14. ANEXO 1
TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
Todos los fenómenos de transferencia entre los elementos se rigen por el principio de que el flujo que se transmite entre los distintos elementos es proporcional a la diferencia de potencia que existe entre los mismo. La transmisión de calor de un punto a otro se produce por que existe una diferencia de temperatura entre los mismo.
Los mecanismos por los que tiene lugar esta trasmisión son básicamente tres:
• Conducción: transferencia de calor dentro de la materia por transmisión de energía cinética de las
partículas atómicas.
• Convección: transferencia de calor atraes de un fluido líquido o gaseoso, en las zonas proximas a la
piel que delimita dicho fluido, pudiendo ser forzadas (ventiladores, extractores, etc.) o natural (movimiento del fluido por variaciones de densidad provocada por la diferencia de temperatura en la masa).
• Radiación: transferencia de calor por transformación de la energía calorífica en ondas
electromagnéticas que emite un cuerpo mas caliente hacia el receptor, el cuerpo mas frio, volviendo este ultimo a transformar dichas ondas en energía calorífica producida por los choques entre las distintas partículas atómicas excitadas por dichas ondas.
El fenómeno de transmisión, para el presente estudio se considera que el flujo de calor es propo rc ional al salto e tem pe raturas entres do s punto, cuando se produce por cualquiera de los me c an ismo s a qu í expue sto . Es de c ir q ue las pérdidas de calor por transmisión a través de un elemento con superficie plana paralelas que separan dos ambiente isotérmicos a
temperatura distinta, es directamente
proporcional a la conductancia térmica del elemento, a la superficie del mismo y a la
diferencia de temperaturas entre los
ambientes.
GRADIENTE DE TEMPERATURAS EN LOS CERRAMIENTOS
Debido a la diferencia de temperaturas del aire a ambos lados de los cerramientos, se produce un movimiento o flujo de calor desde el lado más caliente al más frío. La magnitud de este intercambio depende directamente de la resistencia térmica que ofrezca dicho cerramiento. En estado estacionario, este flujo de calor producirá un gradiente de temperatura en el cerramiento que nos permitirá conocer la temperatura de cualquier punto del mismo. Para realizar este cálculo pueden seguirse dos procedimientos: uno analítico y otro gráfico, resultando éste generalmente más cómodo. Analíticamente puede establecerse que:
Ti es la temperatura del ambiente interior, en ºC.
Te es la temperatura del ambiente exterior, en ºC.
ti es la temperatura superficial interior del cerramiento, en ºC.
Lo que gráficamente se expresa en las figuras en diagramas de temperaturas-resistencias térmicas y temperaturas-espesor.
En un cerramiento formado por varias hojas (que es nuestro caso) la caída de temperatura de cada una de las hojas puede calcularse:
∆tn caída de temperatura en la hoja n, en ºC.
TiyTe es la temperatura del ambiente interior y exterior, en ºC.
en espesor de la hoja n, en m.
λn conductividad térmica de la hoja n, en kcal/h m ºC (W/m ºC).
RT d es la resistencia térmica total del cerramiento en h m2 ºC/kcal (m2 ºC/W).
r n resistencia térmica de la hoja n.
∆T diferencia de temperaturas exterior e interior, te – ti.
La expresión gráfica se da en las figuras adjuntas que permiten calcular gráficamente la temperatura estructural del cerramiento.
15. ANEXO 2
LA CONDENSACIÓN
La c ond ensac ión se p rod uc e c uand o el aire a lc anza su punto d e rocío (temp eratura d e rocío), y esto puede ocurrir en la propia masa del aire o bien en la superficie de un objeto o dentro del mismo c uand o esta a te mp eratura igua l o inferior a la d el roc ío.
La cantidad de agua condensada es el exceso de vapor que el aire no puede contener por encima del de saturación. Esta agua puede calcularse analíticamente para un tiempo dado para la superficie que esta por debajo del punto de rocío.
Podemos distinguir dos tipos de condensaciones, las cuales pueden permitirse siempre y cuando no afecte el comportamiento del cerramiento.
Factores que intervienen en el estudio de las c ondensaciones superficiales en un cerramiento son:
• Grado de aislamiento determinado por la resistencia térmica del cerramiento. 1/k. • El ambiente interior definido por su temperatura Ti y la humedad relativa interior (HRi).
• El ambiente exterior definido por su temperatura Te y la HRe, aunque este segundo parámetro solo
se considera para el calculo de las condensaciones intersticiales. Ubicación Su erficiales Intersticiales Duración Permanentes Tem orales
Perjudiciales, error de diseño, adopción de datos equivocados de partida o propuesta constructiva equivocada.
No Perjudiciales, estar previstas y comprobadas con una respuesta valida de diseño, como la evacuación de agua de condensación
Generadas generalmente por variaciones de uso para los locales en forma esporádicas y/o cambio accidental de las condiciones del ambiente interior.
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