SEGUNDA PARTE: Propiedades de los Aislamientos Térmicos

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1 SEGUNDA PARTE: Propiedades de los Aislamientos Térmicos DE QUÉ DEPENDE LA RESISTENCIA TÉRMICA PROPORCIONADA POR UN AISLAMIENTO TÉRMICO?. EN QUÉ CIRCUNSTANCIAS PUEDE VERSE REDUCIDO EL ESPESOR DEL AISLAMIENTO TÉRMICO? QUÉ VALORES DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN OFRECEN LOS DIVERSOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. QUÉ VALORES DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA OFRECEN LOS DIVERSOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. QUÉ PUEDE DEGRADAR CON EL TIEMPO LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA?. DE QUÉ EXPERIENCIAS SE DISPONE SOBRE EL COMPORTAMIENTO A LARGO PLAZO DE LOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. CÓMO INFLUYE LA HUMEDAD EN UN AISLAMIENTO TÉRMICO?. QUÉ ABSORCIONES DE AGUA SOPORTAN LOS DIVERSOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. CÓMO EVITAR LOS PROBLEMAS DE HUMEDAD LÍQUIDA EN EL USO DE AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. Y EL CASO DE LAS HUMEDADES POR CONDENSACIÓN?. NO ES PELIGROSO DE CARA AL RIESGO DE CONDENSACIONES QUE EL EDIFICIO NO TRANSPIRE?. CÓMO SE PUEDE TENER SEGURIDAD DE QUE LAS PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS SON LAS QUE LOS FABRICANTES RECLAMAN?.

2 DE QUÉ DEPENDE LA RESISTENCIA TÉRMICA PROPORCIONADA POR UN AISLAMIENTO TÉRMICO?. De la propia expresión de Resistencia Térmica, R = espesor / conductividad térmica, queda claro que: La Resistencia es directamente proporcional al espesor. A mayor espesor, mayor R. La Resistencia es inversamente proporcional a la conductividad térmica. A mayor conductividad, menor R. Por consiguiente, interesará ver las circunstancias que pueden reducir el espesor o aumentar la conductividad, para evaluar las prestaciones térmicas reales que pueda proporcionar un aislamiento térmico. EN QUÉ CIRCUNSTANCIAS PUEDE VERSE REDUCIDO EL ESPESOR DEL AISLAMIENTO TÉRMICO? En cualquier aplicación donde se encuentre sometido a carga. Pueden ser cargas instantáneas, incluso como resultado de la instalación. Por ejemplo, un material altamente comprensible, como las fibras o lanas minerales, al ser insertado en la cámara de un muro puede sufrir aplastamiento si no se procede con el debido cuidado. Pueden ser también cargas permanentes, como es el caso de muchos aislamientos colocado en cubierta plana. En este caso se requiere un plus de resistencia. De hecho muchas veces se toman los ensayos de resistencia a compresión a corto plazo como si el valor obtenido fuera representativo de lo que puede resistir el material, lo cual es un error, pues se trata de un ensayo a corto plazo y alcanzando el límite de rotura no es el elástico- del material, o una deformación, que se considera equivalente a la rotura, del 10%. Hay métodos de ensayo y cálculo específicos, como el definido en 1606, donde se determina la resistencia del aislamiento para una fluencia (deformación bajo carga permanente) máxima del 2% en un período de vida útil de hasta 50 años. A falta de otra referencia normativa u oficial, este valor se puede tomar como valor de diseño. Los fabricantes con productos que van a estar bajo carga en la aplicación dan dicho valor. QUÉ VALORES DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN OFRECEN LOS DIVERSOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. En la tabla 3 se puede ver de forma sintética las diferencias entre los diversos aislamientos térmicos, mostrando para cada uno de ellos el rango de valores en que se mueven, cuando hay información disponible. Se puede observar que: En función de la aplicación y las sobrecargas permanentes que el aislamiento térmico deba soportar, se prescribirá uno u otro tipo de aislante en función de su resistencia mecánica.

3 En cualquier caso, cuanta mayor resistencia a compresión mayor certidumbre de que el producto mantendrá el espesor original y, por consiguiente, la Resistencia Térmica que de él se espera. Más adelante se repasarán las diversas resistencias a la absorción de agua en sus diversas fases. Por ahora, digamos que hay un efecto combinado en que productos con baja resistencia mecánica sufren merma adicional de resistencia por absorción de agua. Como valores de diseño para aislamientos térmicos bajo carga permanente se deben tomar las resistencias para fluencia máxima del 2%. Nunca los valores a corto plazo y en límite de rotura o el equivalente 10% de deformación. PRESTACIÓN Resistencia a compresión a corto plazo (lím.rotura o 10% def.) Resistencia a compresión a largo plazo (para fluencia NORMA FIBRAS Y LANAS MINERA LES (MW) (1) ESPUMAS PLÁSTICAS CELULARES PUR EPS XPS Completar Completar (típica: ) N.P.D. (2) Completar Completar (típica: ) máx. de 2%) [Tabla 3] (1) 65 kpa se alcanzan para las mayores densidades de lana de roca, en 175 kg/m kpa puede ser un valor de referencia para productos de lana de roca en 150 kg/m 3. Pero la mayoría de productos de fibra o lana mineral no superan los 25 kpa. (2) N.P.D.: No Performance Determined. No se determina ninguna prestación pues simplemente no tiene sentido someter estos productos a estos ensayos Unidad kpa QUÉ VALORES DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA OFRECEN LOS DIVERSOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS? Es muy importante, para evaluar correctamente las prestaciones térmicas de un aislamiento, tener en cuenta lo siguiente: Los valores que ofrecen los fabricantes son, hasta ahora, para el aislamiento tal y como lo venden en el mercado. Es decir, no se tiene en cuenta un valor de diseño, como el definido en ISO 10456, que introduzca, p.ej., posibles aumentos de conductividad en función de un contenido de humedad que pueda tener el aislamiento térmico según la aplicación. Sin embargo, los Códigos Técnicos exigirán al proyectista el manejo de estos valores de diseño. Los valores tienen que ofrecerse en condiciones análogas de ensayo. No es lo mismo dar un valor de conductividad térmica medida a 10 ºC (como se indica en las normas armonizadas europeas), que a 20 ºC o a 0 ºC. Se debe dar una conductividad en que se incluya el efecto de envejecimiento natural que puedan experimentar algunos productos, como el poliuretano (PUR) y el poliestireno extruido (XPS). Cualquier esquema de certificación (como la Marca AENOR) o de conformidad a norma europea (Marcado CE) garantiza que el dato ofrecido por el fabricante incluya dicho envejecimiento.

4 Actualmente, siguiendo el esquema de conformidad a normas europeas de producto, se ha ido introduciendo el concepto de conductividad térmica declarada, también definido en ISO 10456, por el que se introduce una penalización estadística con el fin de dar un valor representativo de la producción (90%) y con un nivel de confianza determinado (90%). En la tabla 4 se proporcionan los rangos de valores típicos de los principales aislamientos térmicos, para las diversas maneras de expresar la conductividad térmica: PRESTACIÓ N NORMA ESPUMAS PLÁSTICAS CELULARES λ a 10 ºC y envejecida (caso de PUR y XPS) λ declarada λ de diseño [Tabla 4] Normas UNE de producto. ISO Normas de producto ISO FIBRAS Y LANAS MINERALES (MW) PUR EPS XPS Completar Completar Completar Completar ? Completar Completar Unidad mw/(m K) QUÉ PUEDE DEGRADAR CON EL TIEMPO LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA?. La principal causa de pérdida de prestaciones térmicas es el ataque de humedad, en sus diversas fases, gaseosa (vapor), líquida (agua) o sólida (hielo). Es fácil entenderlo si se acude al ejemplo cotidiano de la ropa: su estructura fibrilar aisla el cuerpo en la medida en que retiene y confina capas de aire alrededor del cuerpo. Si la ropa se moja, entonces el aire es desplazado y sustituido por agua que, como se vio en la tabla 1, conduce el calor 23 veces ( ) más que el aire. Peor todavía si el agua se hiela, pues entonces conduce el calor 96 veces ( ) más que el aire. Hablar de patologías de humedad en edificación y construcción es algo muy frecuente si es que no es la patología más habitual-. Ejemplos: infiltraciones de agua de lluvia, nevadas, heladas, condensaciones, la capilaridad ascendente desde el terreno, la propia agua usada en la construcción del edificio. Por tanto, usar los aislamientos más resistentes a estas posibles patologías, o protegerlos en caso de que no resistan adecuadamente, será una manera de asegurar la buena construcción y el buen funcionamiento del edificio. DE QUÉ EXPERIENCIAS SE DISPONE SOBRE EL COMPORTAMIENTO A LARGO PLAZO DE LOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. Son pocos los estudios hechos, y menos aún los publicados, sobre experiencias reales de obras en que se haya analizado el comportamiento a largo plazo de un aislamiento térmico y la durabilidad de sus prestaciones.

5 Una de las aplicaciones más comprometidas para un aislamiento es la cubierta plana invertida, en que se da un triple ataque de humedad: líquida por la lluvia, en forma de vapor por la difusión ante gradientes de presión de vapor y por heladas. Hay larga experiencia en cubierta invertida con las planchas de poliestireno extruido. Algunos fabricantes de este producto han ido haciendo un seguimiento a lo largo de los años en diversos países europeos y se dispone de informes que muestran el estado de la cubierta y su aislamiento al cabo de años. En el caso de España hay un informe reciente del IETcc sobre obras con 20 años de antigüedad. CÓMO INFLUYE LA HUMEDAD EN UN AISLAMIENTO TÉRMICO? Como se acaba de explicar, influye aumentando empeorando- la conductividad térmica. Para ilustrarlo se ofrece a continuación un gráfico con los valores resultantes, para diversos contenidos de humedad en tanto por ciento en volumen, recogidos en ISO Por supuesto, cada producto tendrá un determinado contenido medio de humedad en cada aplicación. No se pretende dar a entender que todos los productos en todas las aplicaciones alcancen el máximo de contenido de humedad posible, aplicando los factores correctores definidos en dicha norma y en el rango de contenidos de humedad en que son de aplicación (10% máx. en EPS y XPS, 15% máx. en PUR y MW). Lo que sí es cierto es que el valor de diseño de conductividad será el que se corresponda con el contenido de humedad específico según lo indicado en el gráfico 1. Conductividad térmica vs contenido de humedad λ = λ según EN ISO 10456:1999 initial *F m F m = e (fψ* ψ) 70 Lambda de diseño [(mw/(m.k)] % 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% contenido de humedad (% volúmen) Lana Mineral MW EPS XPS Poliuretano PUR [Gráfico 1] En el caso de los productos reseñados, la clave para resistir los ataques de humedad será la estructura más o menos cerrada:

6 En las fibras o lanas minerales la estructura es 100% porosa (= poro abierto). El resultado es la máxima facilidad del agua o, más aún, el vapor (fase gaseosa), para introducirse a través de los intersticios y poros de estos productos. En acústica es una propiedad útil de las fibras y lanas cuando se puede aprovechar para conseguir absorción acústica, pero en térmica puede ser un inconveniente donde quiera que haya posibles ataques de humedad, llevando a la protección cuidadosa de estos aislamientos térmicos (ver más adelante). En las espumas plásticas celulares se produce una estructura que, dependiendo del tipo de producto, se califica, en mayor o menor cuantía, como cerrada. Se llega al máximo de estructura cerrada (lo opuesto totalmente a las fibras o lanas) con productos como el XPS, con un % de estructura de célula cerrada. Datos PUR y EPS? QUÉ ABSORCIONES DE AGUA SOPORTAN LOS DIVERSOS AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. En la tabla 5 se muestran los rangos de valores típicos de absorción de agua para los diversos aislamientos térmicos en los diversos ensayos de absorción de agua. Estos ensayos, más que cualificar directamente las condiciones reales del aislamiento instalado en un edificio y en una climatología dada, se deben interpretar como ensayos de envejecimiento acelerado. PRESTACIÓN NORMA FIBRAS Y LANAS MINERA LES (MW) Absorción de agua por inmersión (a largo plazo) Absorción de agua por difusión (a largo plazo) Absorción de agua por ciclos hielodeshielo % (1) N.P.D. N.P.D. ESPUMAS PLÁSTICAS CELULARES PUR EPS XPS Completar Completar Completar Completar Completar Completar < 1 [Tabla 5] (1) Los valores referidos no proceden del ensayo de absorción a largo plazo 12087, sino de ensayos a corto plazo (48 horas). Por tanto, caracterizan al producto pero no permiten la comparación en las mismas condiciones con los demás aislamientos térmicos. Unidad % vol. Como se puede observar, cuando hay datos, las fibras o lanas minerales dan los mayores valores de absorción. Sin embargo, es más frecuente que estas prestaciones no hayan sido determinadas (N.P.D.= No Performance Determined) al no tener ningún sentido proceder a ensayarlas. Por otro lado, el ensayo de absorción de agua por difusión de vapor es más duro que el de inmersión, para cualquier material, como se comprueba del hecho de que todos ellos dan mayores absorciones con este ensayo. En el caso del ensayo de absorción de agua por ciclos de hielo-deshielo, se comprueba además a su término si ha habido disminución de la resistencia a

7 compresión. Si la disminución supera el 10% del valor original (antes de efectuar los ciclos), se considera que el producto no ha superado el ensayo y su estructura se ha quebrado, inutilizándose. CÓMO EVITAR LOS PROBLEMAS DE HUMEDAD LÍQUIDA EN EL USO DE AISLAMIENTOS TÉRMICOS?. Como se ha explicado anteriormente, cuanto mayor sea el contenido de humedad del aislamiento, menos aislará. Además se puede acelerar la degradación del producto hasta la destrucción incluso- si se combina, p.ej., con solicitaciones mecánicas excesivas para la resistencia a compresión del producto. Las patologías en aislamientos térmicos por humedad líquida, es decir, agua, se pueden evitar de dos modos básicamente: Usar aislamientos con la adecuada resistencia a entornos húmedos, como son las cubiertas en particular las invertidas- o instalaciones en contacto con el terreno. En el caso de que el aislamiento no pueda soportar el ataque de la humedad sin merma de sus prestaciones térmicas, disponer protecciones impermeables y/o cámaras ventiladas que favorezcan la evaporación y secado de cualquier humedad retenida en el aislamiento. Y EL CASO DE LAS HUMEDADES POR CONDENSACIÓN?. El caso más complejo y difícil de controlar es cuando sobrevienen humedades por condensación. De hecho la causa de este problema está especialmente asociada a los aislamientos térmicos con comportamiento muy diferente, disímil o poco armónico frente a los dos flujos paralelos de calor y de vapor (difusión). Cuanta mayor diferencia haya entre las resistencias a dichos flujos, mayor será el riesgo de que sobrevengan condensaciones, para unas mismas condiciones climáticas. La razón estriba en que, desde luego, el aislamiento térmico, si lo es, va a reducir el flujo de calor intensamente. Como consecuencia el gradiente de temperaturas experimenta un salto muy fuerte y continuo en el espesor del aislante. Esto significa que en la cara fría del aislante la temperatura es muy baja y próxima a la del exterior. Pero, a la vez, si ofrece poca o ninguna resistencia al flujo de vapor o difusión, el resultado es una cantidad de vapor relativamente elevada alcanzando temperaturas frías y, por consiguiente, la mayor probabilidad de alcanzar saturación, es decir, condensación. La solución que adoptan todos estos productos de aislamiento térmico, como las fibras y lanas minerales, es interponer una llamada barrera de vapor en la cara caliente del aislamiento. De ese modo el vapor se mantiene lejos de saturación. Sin embargo, hay que remarcar que no hay ninguna barrera auténtica (= resistencia infinita a la difusión del vapor) y que, de hecho, en muchos países se habla de retardador de vapor, ya que la instalación (solapes insuficientes, roturas de la barrera, encuentros mal sellados ), puede dar lugar localmente a una resistencia mucho menor de la esperada en condiciones perfectas de ensayo. Además, en soluciones de cubierta convencional, el retardador de vapor, bajo el aislamiento, suele ser de menor resistencia que la llamada impermeabilización, por encima en la cara fría- del aislamiento. En definitiva, las expresiones barrera de

8 vapor e impermeabilización se han venido entendiendo de forma muy confusa, porque no hay barrera, y si la hay, la impermeabilización está más cerca de serlo que ningún otro elemento constructivo. En la tabla 6 se incluyen los valores típicos de resistividad a la difusión del vapor [factor adimensional µ, mu ; valor para el aire = 1] de los diversos aislamientos térmicos: PRESTACIÓN NORMA FIBRAS Y LANAS MINERA LES (MW) Resistividad a la difusión de vapor [factor µ] [Tabla 6] ESPUMAS PLÁSTICAS CELULARES PUR EPS XPS Unidad Completar Completar NO ES PELIGROSO DE CARA AL RIESGO DE CONDENSACIONES QUE EL EDIFICIO NO TRANSPIRE?. Hay un concepto que está circulando sin llegar a estar definido y estudiado de forma adecuada y es el de la transpirabilidad de los edificios, incluso asociado a veces al Síndrome del edificio enfermo. Se parte de la idea de que los muros y suelos y cubiertas- deben transpirar, en el sentido de que el flujo de vapor debe poder traspasar la envolvente del edificio con la mayor facilidad posible. Como se ha explicado en la cuestión anterior, el único problema del vapor es que alcance saturación dentro del cerramiento y forme condensaciones intersticiales. Y, de hecho, para evitar esta patología, los materiales aislantes que se podrían ver como favorecedores de la transpirabilidad del edificio, porque dejan pasar con la mayor facilidad el flujo de vapor, requieren de la protección de un retardador de vapor. Y no hace falta explicar que un retardador o si se quiere, una barrera de vapor, es exactamente lo contrario de la transpirabilidad del edificio. Igualmente, se podría ver la cubierta como un elemento constructivo que impide dicha transpirabilidad, ya que cuenta con una capa impermeable al vapor, si es cubierta invertida, y dos si es cubierta convencional (la impermeabilización propiamente dicha y la barrera de vapor). Evidentemente es un concepto erróneo. Sólo tiene sentido, a fin de reducir el riesgo de condensaciones intersticiales, situar los materiales de mayor resistencia (o menor permeabilidad) al vapor lo más cerca posible del espacio interior. Y al contrario, situar los materiales de menor resistencia (o mayor permeabilidad) al vapor lo más cerca posible del espacio exterior. Ese es el concepto ajustado y correcto de transpirabilidad. Si relacionamos la transpirabilidad con el Síndrome de edificio enfermo, entonces hay que dejar bien claro que el síndrome se resolverá, entre otras cosas: Colocando un aislamiento térmico en el cerramiento de modo que la superficie interior del cerramiento no esté tan fría como para originar condensaciones superficiales o la formación de moho. Asociado al punto anterior, evitando puentes térmicos y la pared fría resultante.

9 Logrando el número adecuado de renovaciones del aire en función del uso al que esté destinado el edificio. Es decir, ventilando adecuadamente. Y parece poco deseable, y más bien muestra de construcción de baja calidad, que esa ventilación se vaya a producir a través del muro!. La práctica de la buena construcción llevará a unas carpinterías diseñadas para proporcionar el grado adecuado de ventilación. Precisamente muchos problemas han venido de cambiar carpinterías que ajustaban mal, pero permitían el grado adecuado de permeabilidad y renovación del aire, por carpinterías con un alto grado de hermeticidad, pero ningún dispositivo que permitiera controlar el necesario grado de renovación del aire. De hecho las ventanas oscilobatientes han venido a resolver parte del problema al introducir en el usuario el concepto de posición de ventilación. CÓMO SE PUEDE TENER SEGURIDAD DE QUE LAS PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS SON LAS QUE LOS FABRICANTES RECLAMAN?. En principio los fabricantes de productos de construcción y aislamientos térmicos entre ellos- comunican a través de diversos medios publicitarios las características técnicas de sus productos. Además muchos fabricantes proporcionan especificaciones técnicas de ventas que implican el compromiso del fabricante en la venta del producto para atender cualquier reclamación en la que se compruebe que el producto no satisface los valores dados en especificación. Un segundo marco en que, desde mayo de 2003, todos los fabricantes de aislamientos térmicos se encuentran, es el definido por el obligatorio Marcado CE, como herramienta para garantizar de un modo apropiado el libre intercambio de productos a través de toda la Unión Europea.. Ostentar dicho Marcado supone la conformidad del producto a normas armonizadas europeas (armonizadas = homogéneas para toda Europa), tanto de producto (con valores de características dispuestos en clases ) como de métodos de ensayo. Son las normas EN = mencionadas en las tablas anteriores. La conformidad para tener el Marcado CE puede plantearse por varios procedimientos. En la llamada Declaración de Conformidad del fabricante, éste redacta el documento de Declaración, recogiendo las características de su producto en función de lo definido por las normas armonizadas correspondientes. Se avala la Declaración con unos llamados Ensayos Iniciales de Tipo (de sus siglas en inglés: ITT), realizados en un laboratorio perteneciente a un Organismo Notificado (para evaluar la conformidad a normas). Si el fabricante no cambia la fabricación ni las características del producto no tiene por qué repetir nunca más esos ITT. Un tercer mecanismo, de mayor entidad para alcanzar la mayor certidumbre en la calidad del producto y la producción, y, en definitiva, para confiar en que las prestaciones son realmente las que se reclaman, es la Certificación de producto. Hay organismos como AENOR capacitados para la emisión del Certificado de Producto, en el caso de AENOR la conocida Marca AENOR. Las diferencias con el Marcado CE son importantes: La Certificación de Producto es voluntaria, demuestra la calidad ante el mercado de construcción y no puede ser exigida por ningún organismo. Implica un seguimiento por terceros, con continuas auditorias del Sistema de Calidad (referencia ISO 9000) e inspecciones con recogida de muestras para ensayos, tanto ITT como de seguimiento, en laboratorios acreditados.

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