2.1 Detalles de construcción de modelo

Se determina un edificio modelo de 20 metros de altura con un sistema de recubrimiento cerámico de absorbancia 63,5% (^{Dornelles, 2007}) correspondiente al color rojo oscuro, elegido para resaltar los efectos de la temperatura, debido a que los colores oscuros presentan mayor temperatura superficial al ser expuestos. a la radiación (^{Uchôa et al, 2016}). Este modelo se aplica a ciudades ubicadas en las ocho zonas bioclimáticas brasileñas establecidas en la ^{ABNT NBR 15220-3 (2005)}. En la tabla 1 se muestran las ciudades elegidas y la zona bioclimática correspondiente.

2.2 Simulacción

La simulación higrotérmica del programa WUFI Pro 6.5 se utiliza para evaluar la acción de los agentes climáticos en las fachadas de cada ciudad. El programa permite el ingreso de datos, tales como: período de simulación, configuración, orientación e inclinación del sistema constructivo, coeficientes de lluvias incidentes y transferencia a la superficie y condiciones iniciales de temperatura y humedad relativa y condiciones climáticas interiores y exteriores (^{Freitas, 2011}). ). A partir de ello se obtienen como datos horarios de salida los valores de radiación total incidente en las fachadas, temperatura superficial y precipitación.

El período de simulación cubre el año del 01/01/2019 al 01/01/2020. En cuanto a la definición de las condiciones climáticas exteriores, se utilizan los archivos de Año Meteorológico Típico (TMY) de la base de datos EPW/ANTAC (^{Roriz, 2012}) referentes a cada ciudad. La Tabla 2 contiene los valores adoptados de los coeficientes de transferencia superficial.

En el estudio, optamos por analizar solo la orientación Norte de cada edificio, ya que es crítico para la incidencia de la radiación solar en las ciudades estudiadas, ubicadas debajo del ecuador. El sistema constructivo simulado está compuesto por: revestimiento cerámico, mortero de enlucido cementoso, bloque cerámico y mortero interior y el punto de control principal en la superficie del revestimiento. La figura 1 muestra el sistema lanzado en el programa.

Figura 1 Sistema constructivo evaluado: (a) placa cerámica; (b) mortero externo; (c) bloque de cerámica; (d) mortero interior. 

Las propiedades de los materiales componentes de las capas del sistema estudiado son de ensayos previos, realizados por otros investigadores. Tales pruebas son: masa específica aparente, porosidad, permeabilidad al vapor de agua para calcular el factor de resistencia a la difusión del vapor de agua; coeficiente de absorción de agua o coeficiente de capilaridad; curva higroscópica. Estos ensayos y sus resultados están descritos en el Informe Interno LEM-UnB (^{Bauer et al., 2015}), que se resumen en la Tabla 3.

2.3 Acción de los agentes asociados a la temperatura.

3.1 Radiación total, temperatura superficial máxima y amplitud térmica máxima.

Los resultados de la radiación incidente total y las amplitudes térmicas superficiales máximas absolutas, calculadas como se muestra en (1), de las fachadas Norte de las ocho zonas se muestran en la Figura 2. Se observa que los valores más altos de amplitud térmica ocurren para la zona Z6 (38,15°C) seguido de la zona Z2 (37,5°C) y Z1 (37,15°C), el valor más bajo se encuentra en Z8 (22,64°C) y las demás zonas tienen valores intermedios. En cuanto a la incidencia de la radiación solar, Z4 presenta el valor más alto (1.014.409 W/m²) seguido de Z6 (995.347 W/m²), mientras que Z8 presenta el valor de incidencia de radiación más bajo (743.527 W/m²). Además, se observa que la incidencia de la radiación solar está asociada a la ganancia de temperatura en cada fachada, principalmente en las zonas Z8 y Z6, a excepción de la zona Z4, que presenta la mayor incidencia de radiación y la tercera menor térmica. amplitud.

En cuanto a la radiación total, las zonas Z4 y Z6 son críticas y la Z8 tiene condiciones de exposición más leves, a pesar de estar representada por la ciudad de Belém-Pa ubicada cerca del ecuador. Este resultado se obtiene porque la radiación solar que incide sobre la fachada es solo una parte de la radiación solar global horizontal (formada por las componentes directa, difusa y reflejada) (^{Silva, 2011}) dependiente, por tanto, de la orientación y pendiente de la fachada.

La temperatura superficial y la amplitud térmica en la superficie, al ser el resultado de la interacción entre la radiación solar y el aumento de la temperatura del aire a lo largo del día, son mejores indicadores de las variaciones higrotérmicas que la radiación solar total incidente (^{Zanoni, 2015}). En este caso, Z6 y Z7 son zonas críticas, ya que presentan mayor amplitud térmica (Figura 2) y mayor temperatura superficial (Figura 3) durante todo el año, respectivamente.

Figura 2 Radiación acumulada total y amplitud térmica máxima en un año de simulación. 

Los resultados de temperaturas máximas y mínimas anuales para cada una de las fachadas se muestran en la Figura 3. Se observa que las temperaturas mínimas, que se dan cuando no hay incidencia de radiación en la fachada, presentan grandes diferencias entre ellas. Z2, Z1 y Z3 tienen los valores de temperatura más bajos 2,99°C, 5,48°C y 6,98°C, respectivamente. Por su parte, Z8, a pesar de tener una menor incidencia de radiación total en la fachada, tiene una temperatura mínima más alta (22,07°C) y un valor de temperatura máxima más bajo (46,16°C), lo que es consistente con amplitudes térmicas reducidas, como se muestra en la Figura 2. En este caso, se destaca que la temperatura superficial está ligada no solo a la incidencia de la radiación en la fachada, sino también a la temperatura del aire (^{ASHRAE, 2009}; ^{Lamberts et al., 2011}).

Figura 3 Temperatura superficial máxima y mínima absoluta en un año de simulación para cada zona bioclimática. 

3.2 Choque térmico

En cuanto a los resultados de choque térmico, la Figura 4 muestra las frecuencias de ocurrencia de choques completos para todas las fachadas. La frecuencia más alta se destaca en la zona Z6, en la que el 1,59 % de las medidas se caracterizan como choques térmicos completos, seguida de Z1 (0,92 %) y Z4 (0,79 %). Las zonas Z5 y Z7 tuvieron las frecuencias más bajas 0,16% y 0,19%, respectivamente.

Figura 4 Frecuencia de ocurrencia de choque térmico completo para un año de simulación. 

Los picos de choques completos se concentran en los meses de mayo a julio, según el Cuadro 6, que muestra la distribución mensual del número de choques. A lo largo de un año, es posible verificar en qué mes se presenta el mayor número de choques térmicos para cada zona aislada. Así, Z1 y Z5 tienen sus respectivos picos de choque térmico completo en julio, Z3, Z4, Z6 y Z7 en junio y Z2 y Z8 en mayo. En las zonas 1 a 7, los choques térmicos disminuyen de octubre a marzo, llegando a cero en uno o más meses de este período. Sin embargo, esto no ocurre en el Z8, que presenta los eventos de choque térmico mejor repartidos a lo largo del año.

La frecuencia de ocurrencia de choques atenuados se muestra en la Figura 5. Z6 presenta la mayor ocurrencia con 13.65%, seguida de Z4 con 10.88%. Z8, Z5 y Z2 presentan las frecuencias más bajas, siendo estas del 2,84%, 3,35% y 4,95%, respectivamente. Tenga en cuenta que en el Z6 hay aproximadamente 5 veces más golpes atenuados en comparación con el Z8. Z4 y Z1 también muestran valores de alta frecuencia (10,88% y 10,31%, respectivamente) seguidos de Z3 y Z7 (8,75% y 8,60%).

Figura 5 Frecuencia de ocurrencia de choque térmico atenuado para un año de simulación. 

Al realizar la distribución de estos eventos en el año, se observa que ocurren de mayo a agosto, como se muestra en la Tabla 6. Solo Z5 presenta meses sin ocurrencia de choques térmicos (noviembre y diciembre). Z2 y Z8 tuvieron su pico en mayo, Z4 y Z6 en junio, Z1, Z5 y Z7 en julio y Z3 en agosto. Hay una mejor distribución de ocurrencias a lo largo del año en Z8, donde varía del 12 de septiembre al 32 de mayo, mientras que en otras áreas hay una mayor variación entre los meses de menor y mayor ocurrencia, como en Z6, que tiene menor ocurrencia en noviembre con 14 eventos y mayor en junio con 211.

Las zonas con mayor frecuencia de choque térmico tienen condiciones críticas de exposición y aquellas con menor frecuencia tienen condiciones más suaves. Se destaca la zona Z6, que presentó la frecuencia más alta tanto para choques térmicos completos como atenuados. Finalmente, la zona Z5 presentó frecuencias reducidas en los dos tipos de choques considerados y la Z8 menor frecuencia para choques atenuados.

3.3 Amplitud térmica ponderada

La Figura 6 muestra los resultados del IIT para todas las fachadas correspondientes a cada zona bioclimática. Los resultados tienen en cuenta los valores de variación de temperatura para un año de simulación. Como se observó en los resultados de máxima amplitud térmica y choque térmico, la zona Z6 presentó valores críticos (22,55) en cuanto a la acción de los agentes de temperatura. Asimismo, las zonas Z8 y Z5 presentaron los valores de IIT más bajos (16,53 y 16,55). Z2, Z4 y Z7 también presentaron valores altos con respecto a los demás y Z3 y Z1 presentaron valores intermedios.

Figura 6 Valores de Iit para todas las zonas bioclimáticas. 

Las variaciones térmicas en las fachadas son causantes de deformaciones en el sistema de revestimiento e inducen esfuerzos de fatiga como consecuencia de su característica cíclica. Así, las variaciones térmicas están relacionadas con anomalías en los revestimientos de fachada, especialmente en lo que se refiere al desprendimiento y agrietamiento de la cerámica (^{Silva, 2014}; ^{Souza, 2016}). El IIT se muestra como un valor de referencia a nivel de comparación entre ciudades, y que demuestra la severidad de la exposición al agente de degradación térmica. Por lo tanto, valores más altos representan una mayor exposición y un mayor potencial de degradación y disminución de la vida útil.

Los valores de IIT se consideraron adecuados cuando se relacionaron con la degradación de las fachadas (^{Nascimento, 2016}) y, con base en ellos, se estableció un Ranking sobre la exposición de las fachadas a la temperatura, clasificadas según su severidad. Entonces, en orden descendente, las áreas más graves fueron: Z6>Z2>Z4>Z7>Z1>Z3>Z5>Z8.

3.4 Lluvia dirigida:

Se analizó la precipitación dirigida en términos de incidencia de precipitación total anual (l/m²), Figura 7, para las mismas fachadas norte, con el fin de completar el análisis de los agentes de degradación realizado. Obsérvese que la zona Z8 es crítica para este caso (113,15 l/m²) con un valor unas 6 veces superior a la zona de menor incidencia Z5 (18,2 l/m²), en contraste con los resultados anteriores. Las zonas Z4 (100,12 l/m²) y Z3 (71,72 l/m²) también muestran valores altos en comparación con las demás. Finalmente, Z1 (52,19 l/m²) y Z6 (59,67 l/m²) presentan valores intermedios mientras que Z2 (35,57 l/m²) y Z7 (30,57 l/m²) presentan valores de incidencia de lluvia inferiores.

Figura 7 Valores acumulados de lluvia dirigida para una no simulación en todas las zonas bioclimáticas 

Cabe destacar que la lluvia dirigida es el resultado de la acción de los vientos sobre la precipitación (^{Freitas, 2011}; ^{Zanoni, 2015}), por tanto, está condicionada a la velocidad y dirección de los vientos. Para las ciudades de Brasila y Goiania, la orientación con mayor precipitación es al Norte (^{Zanoni et al., 2014}; ^{Zanoni et al., 2018}; ^{Andrade et al., 2021}; ^{Melo y Carasek, 2011}) mientras que para Curitiba es la orientación Este (^{Batista et al., 2017}) y para Florianópolis es la orientación Sur (^{Giango et al., 2010}; ^{Giongo, 2007}). En este caso, los resultados presentados no representan necesariamente la orientación de exposición crítica a la humedad de la lluvia, sino la orientación adoptada como referencia, al Norte.