Fugas de aire y diferencias de presión

Las fugas de aire son las infiltraciones o exfiltraciones de aire que se producen en un edificio. Para que una fuga tenga lugar, debe existir un agujero y una diferencia de presión entre ambos lados del agujero. Desafortunadamente los agujeros, tanto los intencionados como los no intencionados, son demasiado comunes en los edificios.

Existen algunas causas habituales que generan desequilibrios de presión:
 
  • Efecto Chimenea
  • Viento
  • Sistemas forzados de suministro o extracción de aire
  • Fugas en conductos

2.1. Diferencias de presión en viviendas

2.1.1. Efecto Chimenea

El movimiento del aire por el Efecto Chimenea se produce cuando las diferencias de temperaturas causan diferencias de densidad en el aire y provocan diferencias de presión entre el interior y el exterior.

El efecto Chimenea se puede calcular. La diferencia de la presión creada es el producto de una constante, la presión atmosférica, la altura del edificio, y la diferencia de temperaturas (entre la parte superior e inferior del edificio). Fundamentalmente, la presión debida al Efecto Chimenea es proporcional a la altura y a la diferencia de temperatura.

Efecto Chimenea cuando la temperatura interior del edificio es mayor que la externa

Este caso se dará principalmente en invierno. El aire caliente, de menor densidad, tenderá a ir hacía la parte superior de la vivienda y se filtrará por la parte alta del edificio hacía el exterior a través de los agujeros existentes. El aire saliente será substituido por aire frío del exterior, que al tener mayor densidad filtrará hacía el interior por la parte baja del edificio a través de los agujeros existentes.

Efecto Chimenea cuando la temperatura interior del edificio es menor que la externa

Este caso se dará principalmente en verano. Por los mismos procesos físicos expuestos anteriormente, el aire frió se filtrará hacía el exterior por los agujeros existentes en la parte baja del edificio y será sustituido por aire caliente que entrará por la parte alta del edificio.
 
2.1.2. Efecto del viento

Cuando sopla el viento contra un edificio, se crean diferenciales de presión en los lugares donde el flujo de aire se ralentiza o se frena por una pared o alguna otra parte de un edificio. Debido a que el aire tiene masa y el viento velocidad, cuando el viento deja de moverse (por ejemplo al golpear contra una pared), su impulso se convierte en presión. Todo el mundo ha sentido la presión en su cuerpo al caminar en un día ventoso o sacando la mano por la ventanilla de su coche.

Un edificio experimenta una presión positiva que empuja la pared en el lado del barlovento y una presión negativa que succiona la pared en el lado del sotavento. Esto tiene el efecto de empujar aire hacía al interior del edificio a través de los agujeros en el lado del barlovento y succionar el aire hacía el exterior a través de los agujeros en el lado del sotavento.

La presión del viento es una función cuadrática de la velocidad, lo que significa que cuando la velocidad del viento se duplica la presión se cuadruplica. Por ejemplo, un viento 20m/s provocaría cuatro veces más fuerza o diferencial de presión en una pared que un viento de 10 m/s. En un entorno ventoso, esto puede traducirse en un volumen importante de fugas.

2.1.3. Sistemas de ventilación

En los sistemas de ventilación se incluyen los sistemas de extracción (chimeneas y extractores de aire) y los de suministro de aire (ventiladores). Estos sistemas pueden provocar una presurización o despresurización de la totalidad o de parte de una vivienda. Si no se tienen en cuenta estos sistemas y no se garantiza su equilibrio, forzar las filtraciones de aire a través de la envolvente del inmueble.
 
2.1.4. Instalaciones de climatización

Los sistemas de climatización pueden provocar filtraciones de aire si no están correctamente equilibrados. Asimismo, las fugas existentes en los conductos de distribución de los sistemas de climatización pueden causar desequilibrios de presión.

Por desgracia, incluso un sistema bien diseñado puede desequilibrarse por el simple hecho de cerrar una puerta. Una puerta cerrada puede aislar de manera efectiva una parte de una casa del sistema de conductos, limitando el flujo de aire de retorno y causando un desequilibrio de presión.
 
2.2. ¿Dónde se producen las fugas en las viviendas?

En una vivienda, las filtraciones se pueden producir por multitud de puntos, como por ejemplo:
 
  • Agujeros o grietas existentes alrededor de los pasos de instalaciones a través de muros, forjados y cubierta.
  • Agujeros o grietas existentes alrededor de chimeneas a su paso a través de forjados y cubierta.
  • Agujeros o grietas existentes alrededor de puntos de luz empotrados en forjados.
  • Agujeros o grietas existentes entre la carpintería (ventanas, puertas, etc.) y los muros existentes.

Estos son solo algunos de los puntos de filtración más comunes en viviendas.  En algunos casos, como en los sistemas de ventilación/climatización, aunque las filtraciones sean pequeñas, pueden suponer un gran problema si implican la succión de aire de zonas contaminadas (garajes, sótanos, espacios mohosos y húmedos, etc.)  y su posterior impulsión hacía espacios habitados.

Cuando una vivienda se encuentra en construcción es cuando se producen la mayoría de los puntos de filtración. Es habitual que las uniones de diferentes materiales, por ejemplo hormigón y madera, presente agujeros o grietas debido a un mal sellado. Por el hecho de que algunas filtraciones son difíciles de identificar y corregir una vez el edificio está acabado, es recomendable tomar medidas para garantizar la hermeticidad en fase de obra.
 
2.3. Problemas de humedad en ambientes cálidos y húmedos

En un edificio ubicado en un clima cálido y húmedo, incluso con una despresurización de 1 Pa, se pueden producir problemas de humedad. Si, como consecuencia de la existencia de filtraciones en los conductos del sistema de climatización, se introduce aire caliente y húmedo del exterior en el ambiente más frío del interior, se producirá la condensación de la humedad del aire introducido con los consecuentes problemas de humedad.
 
2.4. ¿Cuánto cuestan las filtraciones de aire?

Una vez cuantificado el nivel de filtraciones mediante un Ensayo Blower Door, se pueden aplicar diferentes métodos de cálculo para obtener una estimación razonable del gasto energético debido a las fugas de aire. En función de la precisión que se quiera obtener se podrán utilizar métodos más o menos complejos, aunque todos ellos deberán contemplar como mínimo:
 
  • El volumen y la tasa de filtraciones del edificio.
  • La zona climática donde está ubicado el edificio y las necesidades anuales de calefacción y refrigeración.
  • La fuente energética del sistema de climatización y el precio de la misma, y
  • La eficiencia del sistema de climatización.

Con lo anterior se obtendrá el coste anual de calefacción y refrigeración debido a las filtraciones.

A efectos prácticos, el propio software para la realización de los Ensayos Blower Door ya incluye un módulo para el cálculo del coste energético por filtraciones, como es el caso del Software FanTestic de RETROTEC, que utiliza la técnica de cálculo de Lawrence Berkeley Lab para esta finalidad.
 
2.5. Como se miden las filtraciones con un sistema Blower Door 

2.5.1. Componentes de un sistema Blower Door

Los sistemas Blower Door más habituales están formados por los siguientes elementos:
 
  • [Door Panel]: Un panel ajustable para puertas que sella temporalmente una puerta abierta del edificio y dispone de un agujero para el montaje del ventilador.
  • [Calibrated Fan]: Un ventilador calibrado con capacidad para crear un flujo de aire medible.
  • [Pressure Gauge]:
    • Un manómetro diferencial de dos canales con capacidad para calcular el flujo de aire del ventilador.
    • Un controlador de velocidad del ventilador para cambiar el flujo de aire a través del ventilador (normalmente este controlador está integrado en el manómetro).

La mayoría de sistemas Blower Door permiten el control de velocidad del ventilador y la realización del ensayo de manera manual o automática, ya sea directamente con el manómetro/medidor o con un software para PC especialmente diseñado.

2.5.2. Variables de cálculo del sistema Blower Door, normativa y obtención de resultados

Para realizar el cálculo de la tasa de filtraciones el sistema Blower Door necesita disponer de variables que obtiene automáticamente mediante medición (presión interior, presión exterior, caudal de aire a través del ventilador, etc.) y variables que debe introducir manualmente el usuario (volumen del edificio, altura del edificio, velocidad del viento, etc.).

Para la realización del ensayo se debe definir también la normativa a utilizar. En España se aplica comúnmente la UNE-EN 13829 Aislamiento térmico. Determinación de la estanqueidad al aire en edificios. Método de presurización por medio de ventilador.

Con todos los datos anteriores se realizará el ensayo, obteniendo como resultado, según la Norma UNE-EN 13829:
 
  • Las diferencias de presión con flujo cero para el ensayo de presurización y despresurización.
  • Temperaturas en el interior y en el exterior.
  • Velocidad del viento y presión barométrica.
  • Tabla de diferencias de presión inducida y tasas de flujo de aire correspondientes.
  • Gráfico del aire filtrado.
  • Coeficiente del flujo de aire, exponente del flujo de aire y coeficiente del aire filtrado para ensayos de presurización y despresurización.
  • Tasa de aire filtrado a 50 Pa, para presurización y/o despresurización y valor medio. 

2.5.3. Prevención de los principales errores de medición

Presión exterior

Durante un ensayo Blower Door una variable muy importante a controlar es la presión atmosférica en el exterior del edificio. Para su medición, el manómetro/medidor dispone de un tubo sonda, el extremo del cual se ubica en el exterior del edificio.

Durante la prueba, se debe establecer y mantener con muy pocas fluctuaciones la línea base de presión exterior. En una situación ideal donde la velocidad del viento sea de 0 km/h, la presión en el extremo del tubo será constante y consecuentemente la lectura en el manómetro. Lamentablemente, en la mayoría de ensayos, la velocidad del viento no es cero, lo cual provocará fluctuaciones en la lectura, que pueden ser más o menos acusadas en función de las características del viento (velocidad, rachas, cambios de dirección, etc.).

Realizar un ensayo con altas fluctuaciones en la presión exterior conducirá a la obtención de resultados poco precisos. Además, las normas de referencia describen las fluctuaciones máximas admisibles de la línea base de presión para declarar los ensayos válidos.

Para evitar los problemas derivados del viento, existen una serie de medidas que deben ser consideras por el técnico.
 
Existen otros motivos que pueden provocar errores de lectura en la presión exterior y que deben ser evitados, como por ejemplo:
 
  • Obstrucciones totales o parciales del tubo, por agua, barro o cualquier otro agente.
  • Pisar o aplastar el tubo.
  • Calentamiento solar del aire del interior del tubo pudiendo provocando un efecto chimenea, que aumentará la presión a medida que aumenta la temperatura.
  • Etc.

Incertidumbre

En un ensayo Blower Door, el error o incertidumbre que se obtiene para el establecimiento de la línea base de presión, viene determinado por la tecnología utilizada y por las medidas realizadas.
 
  • Tecnología utilizada. Tanto el manómetro como el ventilador son elementos calibrados con una precisión determinada. El error inducido por estos elementos será constante e independiente del número de mediciones que se realicen (siempre que se utilicen los mismos equipos).
  • Número de mediciones. El número de puntos de referencia  que se toman, así como el tiempo empleado para tomarlos hará variar significativamente el error cometido. A mayor número de mediciones y tiempo empleado, menor será el error
En la siguiente tabla se puede ver un ejemplo de incertidumbre o error total para un ensayo donde se utiliza un mismo ventilador y manómetro pero variando los puntos de referencia tomados, así como los tiempos.

Documentos / Descargas

technopedia/termografia/guia-tecnica/Guia-de-Termografia-para-Mantenimiento-Predictivo-FLIR.pdf

Guia-de-Termografia-para-Mantenimiento-Predictivo-FLIR.pdf - 2.06M
Blower Door / Infiltrometría
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