UNIVERSIDADE DO ALGARVE
ENGENHARIA CIVIL - 2º CICLO
ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA
QUALIDADE NA CONSTRUÇÃO
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APONTAMENTOS SOBRE CONDENSAÇÕES
Por
Licínio Cantarino de Carvalho
Faro, Novembro de 2008
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QUALIDADE NA CONSTRUÇÃO
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APONTAMENTOS SOBRE CONDENSAÇÕES
Por Licínio Cantarino de Carvalho
1. INTRODUÇÃO
As condensações são causa de patologias na construção, umas imediatamente detectáveis,
outra ocultas no interior dos elementos de construção e que só com o tempo manifestam os
seus efeitos perniciosos.
As primeiras manifestam-se à superfície dos elementos de construção e chamam-se por isso
condensações superficiais. Quando ocorrem de forma continuada propiciam o aparecimento
de bolores que produzem manchas inestéticas nos paramentos interiores.
As segundas desenvolvem-se tipicamente na face exterior das camadas isolantes integradas no
interior dos elementos de construção.
Umas e outras são próprias da estação fria. No Algarve, embora os Invernos não sejam muito
rigorosos, a questão deve merecer alguma atenção, pois com alguma frequência suscita
problemas.
A seguir, começa-se por apresentar conceitos básicos sobre ar húmido e o diagrama
psicrométrico. Tratam-se depois os dois tipos de condensações referidos acima apresentandose os aspectos mais relevantes para a compreensão destes fenómenos físicos e para a sua
prevenção.
2. AR HÚMIDO. DIAGRAMA PSICROMÉTRICO
O ar húmido é uma mistura de ar seco com vapor de água.
Humidade absoluta (W) é a grandeza que traduz a quantidade de vapor existente no ar. Pode
exprimir-se em g (ou kg) de vapor por kg de ar seco ou em g (ou kg) de vapor por m3 de ar
húmido. Relaciona-se com a pressão parcial do vapor de água Pv pelas expressões:
Pv
P − Pv
P
W = 2,12 ⋅ v
T
W = 629 ⋅
em g / kg de ar seco
em g / m3 de ar húmido
Onde:
Pv é a pressão parcial do vapor de água em Pa
P é a pressão atmosférica normal igual a 101325 Pa
T é a temperatura do ar em K (ºC + 273,15).
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É possível, para as pressões e temperaturas correntes, usando de alguma aproximação,
simplificar as expressões, que podem, assim, escrever-se:
W ≈ 6,3 ⋅ 10 −3 ⋅ Pv
em g / kg de ar seco
W ≈ 7,4 ⋅ 10 ⋅ Pv
em g / m3 de ar húmido
−3
Donde se pode ainda concluir que, para converter valores da humidade absoluta em g/kg para
g/m3, se multiplica por 1,2 (W = 10 g/kg ~ 12 g/m3).
Para cada temperatura existe um limite máximo de vapor de água que o ar pode conter. A
esse limite corresponde um valor da humidade absoluta – humidade de saturação Ws – e,
também, uma pressão parcial do vapor – pressão de saturação Ps.
Para temperaturas positivas a pressão de saturação Ps pode determinar-se pela expressão
seguinte, dada pela norma britânica BS 5250, segundo COUASNET [4]:
 17,269 ⋅ t 
Ps = 611 ⋅ exp

 237,3 + t 
(Pa)
Onde t é a temperatura do ar em ºC.
A humidade relativa do ar HR exprime-se em percentagem e corresponde ao quociente entre a
humidade absoluta do ar W e a humidade de saturação Ws à mesma temperatura, multiplicado
por 100%.
W
⋅ 100%
Ws
A humidade relativa é também aproximadamente igual a:
HR (%) =
HR (%) ≈
Pv
⋅ 100%
Ps
O diagrama psicrométrico representa graficamente a relação entre estas grandezas: humidade
absoluta (ou pressão parcial do vapor), humidade relativa e temperatura do ar. No diagrama a
temperatura do ar aparece referida como temperatura seca do ar para a diferenciar da
temperatura húmida que também figura no diagrama psicrométrico. Esta última corresponde
ao resultado da medição com o termómetro de bolbo molhado que apresenta uma leitura
dependente também da humidade do ar. Quanto mais seco o ar estiver, maior será o efeito do
abaixamento da temperatura por efeito da evaporação no algodão húmido que envolve o bolbo
destes termómetros.
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Figura 1 – Diagrama psicrométrico [Retirado de 1]
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3. CONDENSAÇÕES SUPERFICIAIS
3.1. Temperatura superficial interior da envolvente
Quando a temperatura do ar desce abaixo do ponto de orvalho, isto é, da temperatura a partir
da qual o ar atinge o estado de saturação, há condensações. Se esta temperatura se verifica na
superfície interior da envolvente, o ar que com ela contacta arrefece e o vapor de água
condensa e deposita-se na superfície da envolvente. Para o estudo do fenómeno, admite-se
que as temperaturas se distribuem ao longo da espessura dos elementos em regime
permanente, isto é, como se as temperaturas interiores e exteriores fossem constantes,
possibilitando que as temperaturas no interior dos elementos estabilizem. Nessas condições
pode admitir-se que o fluxo de calor que atravessa o elemento no seu conjunto é igual, em
cada momento, ao que atravessa cada secção do elemento.
Sejam então:
Qt - a quantidade de calor por unidade de tempo (ou fluxo de calor) que atravessa
o elemento
Qi - a quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa o paramento interior
U - o coeficiente de transmissão térmica
A - a área
ti, te - as temperaturas do ar interior e exterior, respectivamente
tsi - a temperatura superficial interior
hi - a condutância térmica superficial interior, cujo inverso é a resistência térmica
superficial interior Rsi quantificada no RCCTE
A quantidade de calor que atravessa a parede por unidade de tempo é:
Qt = U. A . (tt – te)
A quantidade de calor que atravessa o paramento interior por unidade de tempo é:
Qi = hi . A . (ti – tsi)
Uma vez que estas quantidades de calor Qt e Qi são iguais vem, atendendo a que 1/hi = Rsi
tsi = ti – U . Rsi . (ti – te)
Os valores de Rsi são dados no RCCTE em m2.ºC.W-1 e são os seguintes:
-
elemento vertical – fluxo horizontal: Rsi = 0,13
elemento horizontal – fluxo ascendente: Rsi = 0,10
elemento horizontal – fluxo descendente: Rsi =0,17
Estes valores são influenciados ainda por outros factores. Um que é importante e interessa
aqui referir é a velocidade do ar. Quando este está parado ou tem velocidade baixa o valor de
hi é também baixo. Em consequência a temperatura superficial da envolvente diminui. Este
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facto explica a propensão para um agravamento das condensações atrás dos móveis e noutras
zonas mal ventiladas.
As temperaturas exteriores são variáveis: para o estudo das condensações podem considerarse os valores correspondentes à média das temperaturas mínimas diárias em Janeiro. Eis
alguns valores para o Algarve (médias de 1931-1960)
- Caldas de Monchique
7,2 ºC
- Cabo de S. Vicente
10,5 ºC
- Praia da Rocha
8 ºC
- Faro
9 ºC
- Tavira
7 ºC
- Vila Real de S.to António 6,2 ºC
Esta quantificação das temperaturas exteriores corresponde ao critério seguido em Espanha
[1]. Sabe-se, no entanto, que há trabalho sobre o assunto no âmbito do CEN (Comité
Européen de Normalisation) que aponta em sentido diverso [3].
3.2. Ventilação e produção de humidade
Uma humidade relativa do ar interior alta favorece as condensações; uma humidade relativa
do ar baixa torna esse risco menor (ver o diagrama psicrométrico e avaliar a descida de
temperatura necessária para a saturação num caso e noutro).
A humidade relativa depende de dois factores: humidade absoluta e temperatura do ar. Para a
baixar há que subir a temperatura e / ou reduzir a humidade absoluta interior.
A humidade absoluta interior Wi depende:
-
da quantidade de vapor de água produzida no interior por unidade de tempo (w)
da taxa horária de renovação do ar (n)
da humidade absoluta do ar exterior (We)
e é dada pela relação:
Wi = We + w / n
(g.m-3)
O vapor de água produzido no interior é libertado pelas pessoas, resulta das suas actividades,
tais como cozinhar, lavar-se, etc.
A higrometria dos locais é tipificada de acordo com o valor de w / n que é tanto mais elevado
quanto maior for a produção de vapor de água e menor for a taxa de ventilação. Podem
distinguir-se os casos indicados no quadro I [4]
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Quadro I – HIGROMETRIA DOS LOCAIS
HIGROMETRIA
EXEMPLOS TÍPICOS
w/n
(g.m-3)
Edifícios de escritórios
Edifícios industriais sem
produção de vapor
Habitações correctamente
aquecidas e ventiladas e sem
sobreocupação
Fraca
<= 2,5
Média
2,5 a 5
Forte
5 a 7,5
Outras habitações
Muito forte
>7,5
Piscinas cobertas
3.3. Efeitos das condensações superficiais e modo de os evitar
A ocorrência continuada das condensações superficiais dá origem ao aparecimento de
manchas nas superfícies interiores resultantes do desenvolvimento de bolores e outros micro
organismos. Numa fase inicial essas manchas aparecerão nas zonas de menor isolamento
térmico e estender-se-ão depois a outras zonas mal ventiladas ou com isolamento térmico
insuficiente.
Resulta do exposto atrás que para reduzir o risco de condensações superficiais na estação fria
são apropriadas as seguintes medidas:
-
Ventilar o espaço interior de forma adequada à humidade produzida no interior (ou
seja, adequar n a w, para evitar w / n elevado, pois aumenta Wi e, em consequência,
também a humidade relativa)
-
Aquecer o ambiente interior mantendo a sua temperatura acima da exterior (ou
seja, adoptar valor ti suficientemente elevado)
-
Assegurar um bom isolamento térmico da envolvente, evitando pontes térmicas
(ou seja, assegurar um valor U suficientemente baixo).
As tintas podem também contribuir positivamente para a prevenção do aparecimento de
manchas inestéticas ao incluir produtos fungicidas na sua composição.
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Quadro II - COEFICIENTES DE TRANSMISSÃO TÉRMICA SUPERFICIAIS U
MÁXIMOS DE ELEMENTOS OPACOS DA ENVOLVENTE [W/(m2.ºC)]
Zona climática
Elemento da envolvente
I1
I2
I3
1,80
1,25
1,60
1,00
1,45
0,90
2,00
1,65
2,00
1,30
1,90
1,20
Elementos exteriores e interiores* em situações em
que τ > 0,7**, em zona corrente
Zonas opacas verticais
Zonas opacas horizontais
Elementos interiores* em situações em que τ ≤
0,7**, em zona corrente
Zonas opacas verticais
Zonas opacas horizontais
*- Consideram-se interiores os elementos da envolvente dando para outros edifícios ou zonas anexas não úteis. Estas zonas são também
designadas no regulamento por locais não aquecidos.
** - O coeficiente τ traduz a proporção das perdas a considerar através do elemento interior em relação às que teria se contactasse
directamente com o exterior. τ = 1 significa que o local não aquecido, com o qual o elemento contacta, está à temperatura exterior e τ = 0
significa que esse local está à temperatura interior e portanto não há perdas através do elemento. O coeficiente τ está quantificado, para várias
situações correntes, na tabela IV.1 do RCCTE.
No que se refere ao isolamento térmico da envolvente, o RCCTE fixa os coeficientes de
transmissão térmica máximos admissíveis, dos elementos opacos da envolvente, indicados no
quadro II. Estes limites são aplicáveis em zona corrente e não corrente. Nestas últimas – zonas
dos pilares, das vigas, das caixas de estores – deverá ainda assegurar-se que o coeficiente U
não ultrapassa o dobro dos coeficientes U em zonas contíguas no mesmo plano. Assim, por
exemplo, se o coeficiente U de uma parede exterior em zona corrente, de uma habitação em
Faro (zona de Inverno I1), for 0,8 W.m-2.ºC-1, o coeficiente U na zona das vigas, dos pilares e,
se existirem, das caixas de estore não deverá ultrapassar 1,60W.m-2.ºC-1. Repare-se que, neste
caso, não é o limite do quadro II o mais condicionante. No cálculo do coeficiente U admitirse-á que o fluxo é normal à superfície da zona de ponte térmica.
Admite-se que estes requisitos do RCCTE não são aplicáveis aos elementos opacos de
preenchimento de vãos, designadamente portas. O regulamento é omisso em relação a esta
questão.
Há que ter presente que a ocorrência de condensações deve ser entendida em termos de risco.
Não é possível, com base apenas no isolamento térmico da envolvente, eliminar por completo
a possibilidade da sua ocorrência nem assegurar que vão ocorrer. Tal depende fortemente da
higrometria dos locais que por sua vez é o resultado das condições de utilização determinadas
pelos hábitos dos utilizadores.
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3.4. Condensações superficiais em edifícios de inércia forte
Os edifícios de inércia forte mantêm-se frescos quando na Primavera o ar começa a aquecer.
Nos dias húmidos o ar quente consegue conter muito vapor sem condensar – humidade
absoluta elevada – precisamente porque a sua temperatura é alta. Quando esse ar entra nos
edifícios de inércia térmica forte e contacta com as suas superfícies frias pode haver lugar a
condensações.
4. CONDENSAÇÕES INTERNAS
4.1. Descrição geral
O vapor de água atravessa os elementos de construção da envolvente quando a pressão do
vapor é mais elevada de um lado (em princípio o interior) do que do outro. No interior desses
elementos estabelecem-se gradientes de pressões do vapor, de acordo com leis que se
apresentam adiante.
De igual forma se estabelecem gradientes de temperaturas no interior dos elementos de
construção quando esta é mais elevada de um lado do que do outro.
As condensações internas ocorrem quando, nalgum ponto no interior dos elementos, a pressão
do vapor ultrapassa a pressão de saturação, face aos gradientes de pressão e temperatura
existentes. Note-se que é a temperatura que dita o valor da pressão de saturação.
4.2. Gradientes de temperaturas
Admitindo regime permanente pode-se, tal como se fez atrás em 3.1, igualar o fluxo de calor
que atravessa o elemento de construção e o fluxo que atravessa qualquer uma das suas
camadas constituintes.
Sejam Qt e Qj os fluxos que atravessam o elemento e uma camada qualquer j do elemento.
Virá:
Qt= U . A . (ti - te)
Q j = K pj ⋅ A ⋅ ∆t j
em que:
U – coeficiente de transmissão térmica do elemento
A – área do elemento (ou da zona do elemento) atravessado pelo calor
Kpj – condutância térmica (inverso da resistência térmica) da camada j
ti e te – temperaturas do ar interior e exterior, respectivamente
∆tj – é a queda de temperatura na camada j.
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Igualando Qt e Qi vem:
U ⋅ (ti − te ) = K pj ⋅ ∆t j
Atendendo a que:
1
1
e que
K pj =
Rt
Rj
em que Rt é a resistência térmica total (incluindo pois as resistências térmicas superficiais) e
Rj é a resistência térmica da camada j, obtém-se:
U=
(ti − te ) ∆t j
=
Rt
Rj
ou
∆t j =
ti − t e
⋅ Rj
Rt
que nos diz que a queda de temperatura em cada camada é proporcional à sua resistência
térmica e que a constante de proporcionalidade é (ti – te) / Rt.
4.3. Gradientes de pressões do vapor
Há paralelismo entre os conceitos e as leis que regem a difusão do vapor através dos
elementos de construção e os conceitos e leis que regem a transmissão do calor.
No quadro III apresentam-se os novos conceitos tirando partido desse paralelismo. No quadro
IV sistematizam-se alguns dados. Uma camada de ar em repouso tem uma permeabilidade ao
vapor de cerca de 190 ng.m-1.s-1.Pa-1. A permeância dos elementos de construção ou das suas
camadas pode exprimir-se em espessura de camada de ar de difusão equivalente, que se
representa por SD.
Para um material de permeabilidade PI e espessura e essa espessura SD é dada por:
190 π
=
SD
e
⇒ S D = 190 ⋅
e
π
com π expresso em ng.m-1.s-1.Pa-1 e e expresso nas mesmas unidades que SD.
O gradiente de pressões do vapor num elemento de construção pode calcular-se com base
numa expressão idêntica à deduzida atrás para as temperaturas:
∆Pj =
Pi − Pe
⋅ RDj
RDt
em que:
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∆Pj - queda da pressão do vapor na camada j
Pi, Pe – pressões do vapor no interior e no exterior, respectivamente
RDt – resistência à difusão do vapor do elemento de construção
RDj – resistência à difusão do vapor da camada j.
Na difusão do vapor não há equivalente às resistências térmicas superficiais, ou seja, essas
resistências são nulas.
Quadro III – CORRESPONDÊNCIA ENTRE GRANDEZAS APLICÁVEIS
À TRANSMISSÃO DO CALOR E À DIFUSÃO DO VAPOR
GRANDEZAS APLICÁVEIS À
TRANSMISSÃO DO CALOR
GRANDEZAS APLICÁVEIS À DIFUSÃO DO
VAPOR
Grandeza
Unidades
Grandeza
Unidades
Observações
Temperatura
ºC ou K
Pressão do vapor
Pa
ou pressão parcial do vapor
Condutibilidade
térmica
W.m-1.ºC-1
(J.m-1.s-1.ºC-1)
Condutância
térmica
W.m-2.ºC-1
Permeância ao
vapor
kg.m-2.s-1.Pa-1
Resistência
térmica
m2.ºC.m-1
Resistência à
difusão do vapor
(RD)
m2.s.Pa.kg-1
Permeabilidade ao kg.m-1.s-1.Pa-1
vapor (π)
é a quantidade de vapor por
unidade de tempo que atravessa
o material por unidade de área e
por unidade de espessura quando
a diferença de pressão do vapor
é unitária
é igual à permeabilidade π /
espessura
é igual à espessura /
permeabilidade π
4.4. Anomalias causadas pelas condensações internas
As condensações internas provocam a deterioração dos materiais sensíveis à sua presença,
designadamente o apodrecimento dos materiais orgânicos, a degradação das características de
isolamento térmico e têm ainda todos os outros efeitos próprios da humidade sobre os
materiais de construção, podendo causar anomalias tais como variações dimensionais,
corrosão e hidrólise (dissolução de ligantes ou colas).
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4.5. Modo de prevenir as condensações internas
As barreiras pára-vapor são a solução correntemente usada sempre que se admite haver
possibilidade de condensações internas. Usam-se folhas de polietileno, de alumínio, emulsões
betuminosas. Devem ficar do lado quente da camada isolante térmica.
É possível também reduzir a pressão do vapor na face fria do isolante por ventilação. Essa
técnica é aplicável ao caso de paredes com caixa de ar que deve ficar pelo lado exterior do
isolante e ligeiramente ventilada.
Quadro IV – PERMEABILIDADE E PERMEÂNCIA AO VAPOR DE ÁGUA DE
ALGUNS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO [5]
MATERIAL
MASSA VOLÚMICA
APARENTE
(kg.m-3)
PERMEABILIDADE
(ng.Pa-1.m-1.s-1)
lã mineral
2-180
vidro celular
aglom. negro cortiça
poliest. exp. moldado
poliest. exp. extrud.
espuma ríg. poliuret.
110-140
100-150
12-15
15-30
25-40
30-40
200 a125
(sem revestimentos)
≈0
15 a 10
10
10 a 3
3a1
6a4
betões inert. corrent.
betão celular
betão arg. expandida
argamassas de reboco
estuque tradicional
pl. gesso cartonado
2200 – 2400
400-800
500-1200
800-2100
750-1000
750-1000
6a3
40 a 20
40 a 12
10 a 5
20
25
metais (chapas)
vidro (chapa)
fibrocimento (chapas)
2700
1800-2200
0
0
10 a 4
folhas de polietileno
150 µm
250 µm
folha de alumínio
25 µm
10 µm
feltros betuminosos
PERMEÂNCIA
(ng.Pa-1.m-2.s-1)
3,5
1,7
≈0
3
<0,3
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Para verificação em fase de projecto podem considerar-se as condições seguintes:
-
No exterior:
- temperatura igual à média da temperatura mínima em Janeiro indicada atrás
- humidade relativa do ar de 95%
- No interior (casos correntes)
- temperatura de 18 ºC
- humidade relativa de 75%
Interessa evitar as condensações internas sempre que estas possam ser a causa de patologias.
Caso não haja risco de deterioração dos materiais nem redução das suas propriedades de
isolamento térmico e haja encaminhamento apropriado da água condensada, as condensações
internas podem ser consentidas.
REFERÊNCIAS
1. Norma Básica de la Edificación NBE-CT-79 Condiciones Térmicas en los edifícios.
Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo, 1989.
2. Regulamento das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE).
Dec.-Lei 80/2006 de 4 de Abril.
3. CEN/TC 89 – Thermal performance of buildings and building components. Working
draft. CEN, 1995.
4. COUASNET, Yves – Les condensations dans les bâtiments. Guide pratique et éléments
d’analyse. Paris, Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées, 1990.
5. SANTOS, C. P. – Isolantes térmicos, in “Curso de especialização sobre isolamento
térmico de edifícios”, Lisboa, LNEC, 1995.
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