Procurement cost and availability analysis (Study IV)

La necesidad de una cantidad estandarizada para caracterizar la capacidad de amortiguación de humedad de los materiales llevó a definir el Moisture Buffer Value (MBV) (capacidad de amortiguamien- to de humedad) y proponer un método experimental para la clasifi- cación práctica de los materiales según ese criterio.

El MBV es la propiedad que determina el potencial de un material para amortiguar las variaciones bruscas de humedad relativa del am- biente al que está expuesto. Es un parámetro que puede ser utilizado para indicar la cantidad de humedad que un material de construc- ción intercambiará con su entorno cuando su humedad relativa varíe.

Para la clasificación de los materiales en relación a su potencial de amortiguamiento de humedad, el MBV debe expresarse de forma normalizada, para unas condiciones de ensayo determinadas y bajo unas condiciones de contorno específicas.

La declaración de un valor de MBV implica un perfil de tiempos de exposición que corresponda al de la exposición típica en la prácti- ca (habitualmente una variación diurna). Asimismo, debe ser repre- sentativo para el espesor del material, las condiciones superficiales de transferencia de masa y los recubrimientos superficiales utilizados normalmente en la práctica. Cuando el intercambio de humedad du- rante el período se expresa por área de superficie expuesta y por % de variación de humedad relativa, el resultado es el MBV. La exposición estándar es de 8 h a 75% de HR, y 16 h a 33% de HR. La unidad para MBV es kg/(m2 _%HR).

Considerando todo ello, la definición estándar del valor de amorti- guamiento de la humedad o Moisture Buffer Value (MBV) podría ser la siguiente: El MBV es el parámetro que indica la cantidad de agua que

137 Capacidad de amortiguación de la humedad interior se transporta desde/hacia un material por área de superficie expues- ta, durante un período determinado de tiempo, cuando se somete a variaciones específicas en la humedad relativa del aire circundante con una velocidad específica.

Este valor depende en parte de las propiedades del material. Asimis- mo, el coeficiente de transferencia de masa en la capa límite juega un papel en el proceso, y por lo tanto, el MBV será en realidad una verdadera propiedad del material sólo en el límite cuando el coefi- ciente de transferencia convectiva de masa tienda a infinito. Sin em- bargo, para muchos materiales la resistencia interior al transporte de humedad por difusión es considerablemente mayor que la resistencia superficial convectiva. Además, el valor del potencial de amortigua- miento de humedad sólo será representativo del material de base si la muestra utilizada para la prueba tiene un espesor igual o superior a la profundidad de penetración de humedad del material para la expo- sición cíclica de humedad relativa a la que está sometida.

También se puede determinar el MBV para los sistemas que forman parte de combinaciones de diferentes capas de material o para los materiales con un recubrimiento superficial.

7.7.1. Determinación del MBV

El MBV puede ser determinado experimentalmente o calculado a partir de las propiedades higroscópicas del material.

Al evaluar el MBV se debe diferenciar entre el valor correspondiente al material en función exclusivamente de sus propiedades higroscópi- cas, y el valor correspondiente al material aplicado en toda la super- ficie expuesta al aire interior con las correspondientes condiciones de contorno. En base a ello, se diferencia un valor de MBV teórico y un valor de MBV experimental.

El primero se obtiene por cálculo a partir de las propiedades hi- groscópicas del material, en las que se consideran incluidos los efectos superficiales del transporte de masa en la capa límite y por lo tanto sólo requiere conocer previamente la caracteriza- ción higroscópica completa del mismo. A partir de las propieda- des de almacenamiento y transporte de humedad del material, se puede calcular su efusividad a la humedad, en analogía a la

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efusividad térmica, que como ya se explicó representa la tasa de flujo de humedad en un material después de un cambio en su humedad superficial.

A partir de la efusividad a la humedad se puede calcular el valor del amortiguamiento de humedad ideal o MBV ideal, que representa un valor teórico máximo del MBV:

𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀!"#$%≈_{∆𝑅𝑅𝑅𝑅}𝐺𝐺 𝑡𝑡 = 0,00568 · 𝑝𝑝!· 𝑏𝑏!· 𝑡𝑡!

𝑏𝑏!

𝛿𝛿!· 𝜌𝜌 · ∂u_∂𝜑𝜑

𝑃𝑃!

Donde b_m es la efusividad de humedad, que es análoga a la efusivi- dad térmica descrita anteriormente, y se calcula por:

𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀!"#$%≈𝐺𝐺 𝑡𝑡_{∆𝑅𝑅𝑅𝑅}= 0,00568 · 𝑝𝑝!· 𝑏𝑏!· 𝑡𝑡!

𝑏𝑏!

𝛿𝛿!· 𝜌𝜌 · ∂u_∂𝜑𝜑

𝑃𝑃!

Donde, ζv [kg/(m· s · Pa)] es la permeabilidad al vapor de agua,p [kg/ m³] es la densidad aparente o bruta del material, u [kg/kg] es el con- tenido de humedad, Ø [-] es la humedad relativa y Ps [Pa] la presión

de saturación del vapor de agua.

Sin embargo, la mayoría de los métodos experimentales para deter- minar las propiedades relacionadas con la humedad se realizan bajo condiciones estacionarias y por lo tanto lejos de la dinámica de las variaciones diurnas de humedad observadas en los edificios.

Para subsanar esto, hay varios métodos experimentales para medir el valor del potencial de amortiguamiento de humedad real, es de- cir, en condiciones de ensayo dinámicas, con el que se obtiene el denominado MBVpráctico.

En estos ensayos la muestra se expone a cambios cíclicos de hume- dad relativa entre alta (75%) y baja (33%) durante 8 y 16 horas respec- tivamente, con lo que el intervalo de humedad relativa será entonces del 42%. Las muestras son selladas en todas menos en la superficie expuesta, sobre la que la velocidad del aire deberá ser de 0,10 m/s ± 0,05. Este ciclo se repite durante al menos tres días y hasta que el cambio de masa entre los ciclos sea inferior al 5%.

139 Capacidad de amortiguación de la humedad interior El valor del potencial de amortiguamiento de humedad se calcula como la amplitud del incremento en masa por unidad de superficie expuesta y por unidad de diferencia de humedad relativa durante la fase de 8 horas de absorción al final del experimento.

En la Fig. 7.20 se muestra la determinación del MBV a partir de la amplitud en el cambio de masa tras varios ciclos sucesivos de humedad relativa.

Figura 7.20. Determinación de MBV a partir de mediciones dinámicas. Fuente: Gómez-Arriaran, et al. Moisture buffering performance of a new pozolanic ceramic material: Influence of the film layer resistance, Energy

and Buildings.

Ejemplo práctico

Como ejemplo de aplicación muy simple, teniendo en cuenta que en realidad el análisis del balance higroscópico de los espacios interiores requiere de un mucho más complejo estudio en régimen dinámico, se plantea el siguiente caso:

Un dormitorio tiene un volumen de 25 m3_{. Durante las 8 horas de ocu-} pación nocturna, dos personas duermen con una tasa de producción de humedad de 70 g/h. Las paredes verticales de la habitación, con una superficie de 20 m2_{, están revestidas con paneles de tablero de} abeto. El resto de superficies de la habitación se supone que son im- permeables al vapor. La profundidad de penetración de humedad del abeto para ciclos diarios es del orden de 7 mm y por lo tanto los tableros de abeto son más gruesos que la profundidad de penetra- ción de humedad, por lo que se aprovechará toda su capacidad de amortiguamiento de humedad. Inicialmente la habitación se encuen- tra a una humedad del 43%. Se considera despreciable la capacidad

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de almacenamiento de humedad del aire de la habitación frente a la de los materiales del cerramiento. La temperatura exterior es de 8 ºC y la humedad relativa exterior del 75% ¿Cuál deberá ser el valor de la capacidad de amortiguamiento de la humedad de los tableros de abeto para que la humedad al cabo de las 8 horas de ocupación no sea superior al 65%? ¿Cuál sería la humedad relativa final si se em- pleara el valor de la Tabla 7.1 para el MBV del tablero de abeto?

Aplicando y resolviendo el balance higroscópico de forma simplificada:

𝑉𝑉 𝑅𝑅!𝑇𝑇!· 𝜕𝜕𝑃𝑃!" 𝜕𝜕𝜕𝜕 = 𝑛𝑛𝑛𝑛 3600𝑅𝑅!𝑇𝑇!· 𝑃𝑃!"− 𝑃𝑃!" + 𝐺𝐺!−  𝐴𝐴!"· 𝑔𝑔!"# ! !!!   0 =_{462 · 293 · 0,0101 − 0,00805 · 10}0,5 · 25 !_{+ 70 − 20 ·}𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 8 · (65 − 43) 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 = 𝟎𝟎, 𝟗𝟗𝟗𝟗    _𝑚𝑚𝑔𝑔_!% 0 =_{462 · 293 · 0,0101 − 0,00805 · 10}0,5 · 25 !_{+ 70 − 20 ·}1,16 8 · ∆∅ ∆∅ = 17,6  % Si se empleara el MBV de la Tabla 7.1: 𝑉𝑉 𝑅𝑅!𝑇𝑇!· 𝜕𝜕𝑃𝑃!" 𝜕𝜕𝜕𝜕 = 𝑛𝑛𝑛𝑛 3600𝑅𝑅!𝑇𝑇!· 𝑃𝑃!"− 𝑃𝑃!" + 𝐺𝐺!−  𝐴𝐴!"· 𝑔𝑔!"# ! !!!   0 =_{462 · 293 · 0,0101 − 0,00805 · 10}0,5 · 25 !_{+ 70 − 20 ·}𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 8 · (65 − 43) 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 = 𝟎𝟎, 𝟗𝟗𝟗𝟗    _𝑚𝑚𝑔𝑔_!% 0 =_{462 · 293 · 0,0101 − 0,00805 · 10}0,5 · 25 !_{+ 70 − 20 ·}1,16 8 · ∆∅ ∆∅ = 17,6  %

Con lo que la humedad relativa final sería: ∅2=∅1+∆∅=43+17,6=60,6%

Este es un ejemplo ilustrativo sencillo, para su resolución analítica, en el que se ha despreciado la capacidad de almacenamiento de hume- dad del aire. Para un resultado más realista habría que resolver el ba- lance higroscópico mediante cálculo numérico considerando la varia- ción del contenido de humedad del aire interior a lo largo del periodo.

7.8. IMPACTO ENERGÉTICO DE LA CAPACIDAD DE