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INSPECCIÓN TERMOGRÁFICA DE FACHADAS DE EDIFICIOS. COMENTARIOS A LA NORMA EUROPEA EN 13187 Javier de la Puente Crespo1, Fco Javier Rodríguez Rodríguez2 G.O.C. S.A. Dr. Canoa nº 5 bajo 36206 Vigo Tel.: 986 377 111, Fax: 986 374 854 e-mail: [email protected] RESUMEN Existen numerosos criterios para la evaluación energética de los edificios; sin embargo, para el caso de fachadas, dicha evaluación se realiza en términos de detección de fugas o irregularidades. La inspección térmica de fachadas de edificios se basa en la determinación diferencial de la temperatura en las superficies que, a priori, deberían presentar un comportamiento térmico similar. La termografía infrarroja utiliza la transmisión de calor por radiación como variable relacionada con la temperatura, por lo que no es necesario el contacto físico con el elemento a medir ni un tiempo de estabilización de temperaturas, permitiendo la realización de medidas en situaciones donde no sería posible el uso de termómetros convencionales, contando además con la ventaja añadida de una mayor rapidez y precisión. Es por ello que en la aplicación en el campo de la evaluación energética de edificios a través de la inspección de sus superficies exteriores o fachadas, la termografía aporta sus cualidades de una manera precisa y adecuada. Estas inspecciones se rigen por las directrices de la Norma Europea EN 13187. En este sentido, de la experiencia obtenida por los autores del artículo y de la empresa en la que desarrollan su labor profesional en la implantación de un procedimiento de planificación y elaboración de los trabajos de inspección en función de la citada normativa, se han recogido gran cantidad de datos y se han elaborado una serie de reflexiones que permiten realizar diversos comentarios a la inspección de fachadas de edificios con ayuda de la termografía infrarroja, los cuales se enuncian en la presente comunicación. Asimismo, se apuntan nuevas líneas de aplicación de esta técnica en la detección de problemas de fijación de los revestimientos de fachada. PALABRAS CLAVE: termografía infrarroja, inspección de fachadas, evaluación energética, inspección de aplacados, EN 13187

1. INTRODUCCIÓN A LA INSPECCIÓN TERMOGRÁFICA La temperatura es una variable fundamental en el análisis de cualquier proceso físico. Sin embargo, la medida práctica de este parámetro entraña una serie de dificultades, ya que no es posible su medida directa sino a través de otra variable relacionada con ella. De este modo, la termometría convencional se basa en la transmisión de calor por conducción cuando dos cuerpos son puestos en contacto. Una vez que se alcanza la situación de equilibrio térmico se aprovecha alguna otra variable física para la realización de la medida. La termografía infrarroja utiliza la transmisión de calor por radiación como variable relacionada con la temperatura, por lo que no es necesario el contacto físico con el elemento a medir ni un tiempo de estabilización de temperaturas, permitiendo la realización de medidas en situaciones donde no sería posible el uso de termómetros convencionales, contando además con la ventaja añadida de una mayor rapidez y precisión.

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Ingeniero Industrial e Inspector termográfico acreditado Doctor Ingeniero Industrial

La primera de las ventajas que presenta radica en la toma de imágenes en tiempo real, lo que permite una visualización muy rápida de procesos estacionarios. Las medidas con contacto directo siempre implican la presencia de una constante de tiempo que da lugar a un cierto retraso temporal en la medida. La característica de tiempo real de la termografía infrarroja nos permite capturar rápidas variaciones del campo térmico sin modificar la forma en que dicho campo térmico varía. Es, por tanto, la medida sin contacto otra de las ventajas de la termografía infrarroja. Así, por una parte mantiene al usuario situado en posiciones remotas, alejado del elemento inspeccionado, permitiendo analizar zonas inaccesibles y, por otra parte, la termografía no resulta intrusiva ni afecta de ninguna forma al cuerpo a caracterizar. Así, sólo se observa la radiación saliente que es siempre emitida, la midamos o no, lo que representa una condición muy importante para muchas aplicaciones. Por último, la termografía infrarroja es bidimensional, por lo que resulta posible la comparación entre áreas del mismo cuerpo; es decir, podremos medir la temperatura de cuantos puntos queramos dentro de la misma imagen para así compararlas. Una imagen consiste en la forma perfecta de hacerse una idea inicial de la situación, pudiendo apreciarse los puntos de especial interés o los que pueden presentar problemas, sobre los que se realizarán las medidas, aspecto que de antemano normalmente desconocemos. Por tanto, la mencionada imagen nos permite ser selectivo con las mediciones ya que, puesto que la termografía visualiza el campo térmico, puede llevarse a cabo el análisis del mismo, a partir de la inspección de la imagen. Los equipos de termografía captan la radiación emitida por los cuerpos; sin embargo, dicha radiación está compuesta por varios elementos:

Rad Ra d Ra d

iac ión

iac ión

iac ión

tra

r ef l ej em

ada

itid a

n sm itid a

Figura 1. Radiación detectada por el equipo de medición. La radiación detectada tiene tres componentes, la emitida correspondiente al propio material, la reflejada que proviene de otras fuentes y la transmitida: %WE + %WT + %WR= 100% [1] La superficie de cada material posee una serie de propiedades relacionadas con su comportamiento frente a la radiación. Estas propiedades se denominan emisividad ε, transmisividad τ y reflectividad ρ, verificándose la siguiente relación entre ellas:

ε+τ+ρ=1

[2]

En el caso de cuerpos opacos, la radiación térmica no atraviesa el cuerpo por lo que el valor de la transmisividad se anula. La relación resultante indica que las componentes de la radiación que recibe el equipo termográfico estarán compuestas por la que proviene de la propia radiación del cuerpo y la que resulta de la reflexión sobre el mismo. Este hecho posee una importancia crucial en las inspecciones de fachadas ya que los edificios se encuentran, generalmente, rodeados de fuentes de radiación que pueden afectar de manera decisiva a la imagen termográfica captada. Un claro ejemplo de lo anteriormente descrito se observa en la Figura 2, donde se aprecia sobre la superficie de la fachada el reflejo de la radiación infrarroja procedente de los edificios vecinos. Conviene indicar que aunque resulte fácilmente detectable la consideración mencionada en este caso concreto, en otras ocasiones la presencia de fuentes de radiación próximas puede inducir a cometer errores no deseados en la evaluación de la radiación procedente de la fachada analizada. 15,6°C

14

12

10

8 7,1°C

Figura 2. Termograma de una fachada en la que se observa el reflejo de la radiación de las edificaciones próximas. 2. APLICACIÓN TERMOGRÁFICA A LA INSPECCIÓN DE FACHADAS: FACTORES CONDICIONANTES Y PROTOCOLO. 2.1. Factores condicionantes El ahorro de energía3 constituye uno de los principales retos a los que se enfrenta la sociedad desarrollada. La realidad nos ha mostrado que las fuentes de energía son limitadas y que el uso de la energía contribuye, de manera decisiva, al incremento de la polución y del efecto invernadero. En el caso de los edificios, las mayores pérdidas se producen a través de las fachadas y las cubiertas, ya que éstas conforman la envolvente exterior. Es por ello que los principales esfuerzos encaminados a minimizar las pérdidas deberán estar dirigidos a la detección de irregularidades en el aislamiento o la detección de la presencia de puentes térmicos que incrementan, de manera sustancial, las pérdidas energéticas de la vivienda. Las irregularidades en las propiedades térmicas de los componentes que constituyen la fachada exterior de un edificio se reflejan en variaciones de temperatura sobre las superficies de la estructura. La distribución de la temperatura superficial puede ser usada para detectar irregularidades térmicas debidas a, por

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En Europa, alrededor del 70% de la energía consumida por los hogares es usada en la calefacción o enfriamiento de los mismos. Desde la crisis del petróleo de 1973 todos los esfuerzos se han dirigido a conseguir un importante ahorro energético desde varios frentes: El incremento de la eficiencia de los sistemas de calefacción y la mejora de los sistemas de aislamiento.

ejemplo, los defectos de aislamiento (el contenido de humedad y/o filtraciones de aire) en los componentes que constituyen la fachada exterior del edificio. La termografía de edificios consiste en un método que indica y representa la distribución de temperatura sobre una parte de la superficie de una fachada del edificio. Los equipos autónomos de captación de radiación infrarroja generan una imagen en base en la temperatura radiante aparente del área objetivo de medida. La radiación térmica desde el área del objetivo es convertida, por la radiación infrarroja que percibe el equipo, para producir una imagen térmica representando la intensidad relativa de radiación térmica desde partes diferentes de la superficie. La intensidad de la imagen resulta función de la temperatura de superficie, las características de ésta, las condiciones ambientes y el propio sensor. Una vez capturadas estas imágenes térmicas o termogramas deberán ser interpretadas y analizadas. 10,8°C

10

9

8

7,5°C

Figura 3: Imágenes de la inspección de fachada de una vivienda unifamiliar. 2.2. Protocolo de inspección 2.2.1. Objeto La inspección de las fachadas de edificios, planteadas como una evaluación de las condiciones térmicas que presentan, se plantea siempre con la misma secuencia de objetivos: • Determinación de la distribución de temperatura aparente de las distintas superficies que conforman la fachada. • Localización de aquello puntos o zonas en las que se estime que la distribución anormal de temperatura puede suponer una anomalía. • Evaluación detallada del tipo, extensión e importancia de los defectos observados. Se trata pues, de una inspección eminentemente cualitativa que, por comparación, detecta situaciones que pueden ser consideradas cono anómalas y que, una vez analizada la documentación existente y las características particulares de cada una de las áreas citadas, puede generar la información que permita detectar irregularidades en las condiciones de aislamiento de la fachada analizada. 2.2.2. Trabajos preliminares Previamente a la inspección deberán realizarse una serie de trabajos previos que permitan conocer, en función de la documentación disponible, las características principales de la fachada. Los principales trabajos previos son los siguientes: • Recopilación de planos relacionados con la fachada del edificio, detalles del tipo, composición y características del aislamiento. Información relacionada con los sistemas de calefacción y/o enfriamiento que presente el edificio.

Recopilación de termogramas de referencia, o de tipologías de fachada similares. • Condiciones exteriores e interiores que pueden tener influencia en la inspección Las recomendaciones que incluye la Norma Europea EN 13187 presentan evidentes dificultades para su puesta en práctica: - En el primer caso, solamente en las viviendas de reciente construcción existe alguna posibilidad de disponer de planos con secciones constructivas de fachadas que se correspondan con lo realmente ejecutado, así como especificaciones de los aislamientos empleadas (incluyendo espesores, sistemas de fijación, soluciones en puntos críticos, etc). Para el caso de edificios de cierta antigüedad o de carácter histórico, la existencia, y en su caso, la accesibilidad dicha documentación resulta una entelequia. - En cuanto a lo indicado en el segundo punto, si el nivel de inspección termográfica existente en nuestro país es extremadamente reducido, el hecho de disponer de termogramas de referencia, o bibliotecas como imágenes térmicas para fachadas resulta en la práctica imposible. Solamente en algún sector de fabricantes de fachadas prefabricadas se han dado pasos en este sentido. Por ello, en la mayor parte de los casos, nos enfrentamos a la inspección de un edificio con una información muy limitada y parcial y, en muchas ocasiones, inútil para completar los objetivos marcados en el trabajo preliminar y la función de apoyo que se recoge en la citada Norma. •

2.2.3. Condiciones para efectuar el ensayo En el apartado 6 de la norma, se indican una serie de condiciones previas a tener en cuenta a la hora de realizar la inspección. Seguidamente se mencionan las más relevantes: • La diferencia entre la temperatura exterior e interior ser “lo suficientemente grande” para la detección de irregularidades térmicas. • La presión y la temperatura deberán permanecer constantes • No se efectuará cuando la temperatura exterior o interior varía de manera considerable. • No se efectuará con exposición solar directa • No se efectuará cuando el viento varíe notablemente Como referencia se incluyen las características específicas aplicables a los países escandinavos a la hora de realizar la inspección4. Estas recomendaciones tienen por objeto asegurar, en la medida de los posible unas condiciones de inspección que cumplan dos objetivos: que puedan realizarse en varias ocasiones con los mismos condicionantes y que los factores ajenos al objeto de la inspección se minimicen lo máximo posible. En la Norma se incluyen, en el anexo D, una serie de recomendaciones que son de aplicación en los países escandinavos y que consideran una situación estacionaria para una estructura5 de un edificio de tipo ligero, teniendo en cuenta, además, que el examen termográfico se realizada desde el interior del edificio: a) Durante al menos 24 h antes del inicio de la prueba, la temperatura exterior del aire no variará más de ± 10º C de aquella existente en el momento de comenzar la inspección. 4

La propia Norma recoge la posibilidad de que países con condiciones especiales puedan desarrollar otras consideraciones. 5 La época de alcanzar cuidadosamente condiciones del estado constante varía con las características del fachada exterior del edificio. Para una estructura pesada de albañilería, este puede durar varios días. Alternativamente, puede ser ventajoso realizar el examen bajo condiciones no-constantes

b) Al menos 24 h antes del comienzo de la prueba, y durante ella, la diferencia de temperatura del aire entre el exterior e interior de la fachada del edificio no será menor que el valor 3/U, siendo U el valor teórico de la transmisión térmica del elemento del edificio en W/(m2 K), y nunca menor de 5º C. c) Durante por lo menos 12 h antes del comienzo de la prueba, y durante ella, las superficies de la fachada a examen no deben estar expuestas a la radiación solar. d) Durante la inspección, la temperatura del aire exterior no variará en ±5º C y la temperatura del aire interior no más de ±2º C respecto a sus valores iniciales. Los efectos de variaciones de temperatura durante la inspección pueden ser comprobados superponiendo el examen final con el examen inicial, si la variación es menor que 1 ó 2º C, las condiciones de inspección se consideran adecuadas. Por todo ello, la lectura y el análisis de las recomendaciones expuestas, nos hacen pensar que resulta absolutamente necesario su adaptación a otras regiones europeas con distintas características climáticas y con ciclos solares no comparables a los existentes en los países escandinavos. Otra de las reflexiones que se obtienen de estas recomendaciones se refiere a que la inspección termográfica debe completarse con un control y seguimiento de la temperatura interior y exterior del edificio con el fin de que se garanticen los flujos térmicos necesarios para la detección de las anomalías presentes en el aislamiento. Así, a modo de ejemplo, en la figura 4 se muestra la relevancia y la alteración que provocan en la imagen térmica la presencia de radiadores en la cara interior de la fachada. En la figura 5 se muestra el perfil de temperaturas a lo largo de la línea del termograma de la Figura 4, en la que se aprecia el incremento del valor de la temperatura aparente coincidiendo con la posición de los radiadores que se encontraba en funcionamiento en el interior del edificio. 13,9°C SP02

13 12 11 LI01

10 9 8,6°C

Figura 4: Fachada de edificio inspeccionado. °C

IR01

14

12

10 Línea li01

Mínima 11,1°C

Máxima 14,2°C

...

Figura 5. Valores de la temperatura aparente a lo largo de una línea de análisis.

3. OTRAS APLICACIONES DE FACHADAS

LA INSPECCIÓN

TERMOGRÁFICA DE

Más allá de la evaluación de la eficiencia energética de edificios, la termografía presenta otra serie de utilidades relacionadas con la inspección de fachadas que pueden suponer un auténtico avance en el campo de la inspección no destructiva en edificación. Con demasiada frecuencia aparecen en los medios de comunicación noticias relacionadas con las lesiones producidas sobre las personas y los bienes por causa de los desprendimientos incontrolados de los revestimientos de fachadas. En este sentido, la revisión actual conlleva una serie de inconvenientes: • En diversas zonas del país se utiliza como acabado de fachadas el revestimiento con aplacados pesados. Así, Pese a que las técnicas de colocación y fijación han mejorado considerablemente, existe un importante número de edificios construidos en épocas de gran desarrollo inmobiliario en los que dichas técnicas de colocación y fijación han demostrado ser inseguras a medio plazo. • Por otra parte. las técnicas que se aplicadas para el análisis del estado de los revestimientos pasan por la simple inspección ocular (con el consiguiente riesgo de enmascaramiento de las lesiones o de los problemas de sujeción) o bien a través de las técnicas destructivas mediante catas (que obligan a romper la fachada en diversos puntos para analizar su estado) y, a partir de los datos obtenidos, suponer que los resultados son extrapolables a las zonas de fachadas no ensayadas. • En el caso de edificios catalogados (patrimonio histórico o cualquier otra protección) no son aplicables las técnicas destructivas por los daños irreparables que suponen. Asimismo, estás técnicas obligan a la disposición de andamios en zonas remotas de fachadas para la realización de las catas. La termografía infrarroja puede ser empleada en la inspección de la estabilidad de los revestimientos de fachada ya que presenta una serie de ventajas respecto al resto de métodos existentes en la actualidad. Pero cualquier programa de verificación de la seguridad en la construcción debe estar precedido de profundos estudios y el desarrollo de programas de investigación que permitan estudiar la fiabilidad de los procedimientos de inspección. Para ello G.O.C. S.A., en colaboración con la Escuela de Ingenieros Industriales de la Universidad de Vigo, está desarrollando un ambicioso programa de investigación sobre la aplicación de la termografía a la inspección de los revestimientos de fachada con los siguientes objetivos: •

•

•

Conocer las condiciones de transmisión de calor de las fachadas de edificios, teniendo en cuenta los distintos materiales existentes, sus espesores y condiciones de colocación. Establecer las condiciones para la detección de los defectos en fachadas a través de la termografía infrarroja. Para ello se cuenta con los resultados de los ensayos de laboratorio en los que se localizan defectos en puntos conocidos y los resultados del programa piloto desarrollado sobre casos reales. Analizar los mecanismos de deterioro de los materiales que componen las fachadas y los factores que contribuyen a la pérdida o reducción de sus características mecánicas, por efecto del paso del tiempo, los agentes atmosféricos agresivos o la inadecuada elección de materiales y técnicas de fijación en el momento de la ejecución.

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Desarrollo de una Metodología de inspección que permita detectar, con la suficiente fiabilidad, la existencia de lesiones errores de ejecución o cualquier otro problema que suponga un riesgo. Analizar la relación entre los defectos existentes en los aplacados de fachada con el riesgo de desprendimiento, estableciendo criterios para la aceptación o rechazo de las piezas inspeccionadas. Establecer las condiciones para la elaboración de bases de datos de inspecciones termográficas que permitan la comparación de resultados a distintas edades del edificio.

En los siguientes ejemplos se muestran algunas situaciones reales en las que se ha desarrollado un análisis de las condiciones de estabilidad de revestimientos de fachada de tipo aplacado por medio de inspección termográfica. En la Figura 6 se observan en el gráfico termográfico una serie de distribuciones irregulares de temperatura aparente en la superficie de la fachada, las cuales, a priori, no están relacionadas con los patrones de distribución esperables, por lo que se sospecha que la insuficiente fijación de las piezas de aplacado en su contacto con la hoja exterior de la fachada provocan una distribución anómala de la temperatura aparente 13,8°C

13

12

11 10,6°C

Figura 6: Vista de una fachada en la que se ha realizado un análisis de la fijación del revestimiento de la fachada La figura 7 constituye otro ejemplo real de las anomalías que se reflejan en un termograma inducido al inspeccionar unas piezas de fachada que se sabe que presentan problemas de fijación. En la imagen visual se aprecia la pérdida de adherencia de las dos piezas centrales, en la imagen térmica las zonas de inferior temperatura representan las zonas que probablemente se encuentran con peor nivel de fijación al soporte. 12,9°C

12

11

10 9,9°C

Figura 7: Detalle de pieza de fachada con problemas de sujeción.

4. CONCLUSIONES De acuerdo con lo expuesto en la presente comunicación, seguidamente se presentan una serie de conclusiones, a modo de reflexión, sobre la inspección termográfica de fachadas: •

La termografía, como técnica de inspección no destructiva, ofrece un gran potencial para la evaluación térmica de los edificios, tanto por el fácil manejo de los equipos como, sobre todo, por la posibilidad de almacenar y analizar las imágenes captadas durante la inspección.

•

La normativa europea de referencia resulta un marco adecuado para la realización de las inspecciones, si bien las características propias de la climatología, composición de fachadas, horas de sol y condiciones locales de cada zona hace necesario, a juicio de los autores, desarrollar recomendaciones específicas referentes a la metodología de inspección con el fin de facilitar los trabajos y favorecer la búsqueda de las condiciones idóneas que permitan la detección de anomalías con un mayor grado de fiabilidad.

•

Con el fin de ampliar el conocimiento y las experiencias reales sobre el comportamiento térmico de los edificios, sería recomendable que las instituciones dedicadas al ahorro energético y de control de la construcción promoviesen programas de seguimiento termográfico de los nuevos edificios construidos, realizando inspecciones periódicas que permitan analizar de manera más adecuada la evolución de los aislamientos de fachada. En este sentido, cabe mencionar que en países como Suecia, desde finales de los años 70 se realizan estudios masivos con termografía de los principales defectos de aislamiento en vivienda unifamiliares y edificios [4]. Asimismo, en Inglaterra y Gales, desde abril de 2002 en la Part L2 del Building Regulations se recomienda el empleo de la termografía infrarroja como herramienta de inspección en el análisis de la continuidad de los aislamientos.

•

Finalmente, se ha mostrado un ejemplo de una nueva línea de investigación que aporta, más allá de la simple evaluación energética, una nueva posibilidad de aplicación de la termografía como herramienta para inspeccionar las condiciones de seguridad de los revestimientos de fachadas.

REFERENCIAS [1] European Estándar EN 13187. Thermal performance of buildings. Qualitative detection of thermal irregularities in building envelopes. Infrared method (ISO 6781:183 modified). November 1998. European Committee for Standardization. [2] Pearson, C. (2002), Thermal imaging of building fabric. A best guide for continuous insulation. BSRIA. [3] ASTM C1060-90 (Reaproved 2003). Standard practice for thermographic inspection of insulation installations in envelope cavities of frame buildings. [4] Pettersen, B. y Axén, B. (1980). Thermography. Testing of the thermal insulation and airtightness of buildings. Swedish council for building research.