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Materiais de isolamento

Propriedades dos isolamentos térmicos
Condutibilidades térmicas dos isolamentos térmicos EN 12667)
Propriedades de resistência à humidade
Absorção de água
Absorção por ciclos de imersão em água líquida: ensaio EN 12087
Absorção por difusão de vapor de água: ensaio EN 12088
Absorção por ciclos gelo-degelo: ensaio EN 12091
Resistência à difusão de vapor: ensaio EN 12086
Resistência à compressão a curto prazo: ensaio EN 826
Reacção ao fogo
Temperatura máxima em serviço permanente

Propriedades dos
isolamentos térmicos

Os isolamentos térmicos funcionam reduzindo intensamente a transmitância térmica (valor U, antigo coeficiente K) através da superfície envolvente do edifício. Pode-se verificar que o parâmetro inverso, a Resistência Térmica “R”, é, assim, aumentada tanto quanto possível.

Se dissermos “intensamente” é porque diferenciamos as prestações térmicas oferecidas por um isolamento térmico, das oferecidas por qualquer outro material de construção. O valor que define as referidas prestações é a condutibilidade térmica, λ (lambda). Está claro que na expressão da “R” sempre se obterá um valor distinto de zero, por muito pequeno que seja, para qualquer material, uma vez que não há nenhum valor tão condutor de calor que tenha uma condutibilidade térmica infinita. Do mesmo modo não existe nenhum super isolante que corte totalmente o fluxo de calor com uma condutibilidade nula.

Em última análise, os isolamentos térmicos apresentam valores muito baixos de condutibilidade e isolam termicamente, como se mostra no gráfico em anexo, com uma diferença grande relativamente aos outros materiais. Oferecem-se duas colunas para cada grupo de materiais, representativas do valor mínimo e máximo habituais na categoria de condutibilidade de cada grupo.

Condutibilidades térmicas dos isolamentos térmicos (EN 12667)

No gráfico em anexo mostram-se duas colunas, para cada tipo de produto isolante, que delimitam a categoria habitual de valores mínimo e máximo de condutibilidade térmica.

Portanto, as condutibilidades térmicas dos diversos materiais isolantes presentes normalmente no mercado oscilam entre valores de 25 e 50 mW/mºC.

Como norma empírica, válida na maioria de soluções construtivas, podemos tomar 1cm mais necessário de espessura de isolamento térmico por cada 7-8 mW de diferença em condutibilidade.

Ou seja, esses 25 mW de diferença (50-25) podem representar,para obter uma mesma prestação térmica, uma diferença de espessura de 3-4cm.

Por conseguinte, depois da característica básica que é a condutibilidades térmica do material, ter-se-á que considerar outras propriedades que, em função do tipo de aplicação, também podem influir, e muito, nas prestações térmicas do isolamento.

No caso das espumas orgânicas celulares isolantes sucede que retêm, na sua estrutura, ar ou outros gases de condutibilidade baixa.

Assim, a transferência de calor através delas implica os três seguintes mecanismos clássicos, a saber:

» A convecção: não se considera, dado o tamanho mínimo das células que habitualmente formam as espumas.
» A condução é menor quanto menos matéria (a matéria plástica que forma a estrutura celular) exista para conduzir o calor, mas ao mesmo tempo, a radiação aumenta, ao diminuir a matéria que a pode absorver.
» Quanto mais matéria existir, mais poderá ocorrer o efeito contrário (condução excessiva apesar de uma radiação baixa), pelo que ambos os mecanismos se compensam.

O que se verifica para este tipo de produtos é um mínimo de condutibilidade, isto é um gráfico com duas linhas ascendentes, tanto em densidades baixas (abaixo dos 25 kg/m3) como altas (acima dos 50 kg/m3).

Propriedades de resistência à humidade

Embora a água não seja um material de construção por si só (apesar das coberturas cisternas, onde se aproveita a sua capacidade calorífica – inércia térmica – não o seu escasso poder isolante), forma parte não desejada mas inevitável da construção, tanto na sua forma líquida, como na mais perigosa forma sólida (gelo). Assim ocorre com as infiltrações de água da chuva, as nevadas, as geladas, as condensações, a capilaridade ascendente desde o terreno, a própria água utilizada na construção do edifício, etc. Como consequência, produz-se um aumento de condutibilidade térmica dos materiais de construção quando absorvem água. No caso de alguns isolamentos térmicos também se pode produzir este efeito nocivo, uma vez que o ar ou gás confinados que constituem o isolamento, podem ser substituídos por água, que conduz 25 vezes mais o calor, ou inclusive, por gelo, que conduz 90 vezes mais calor. É um fenómeno que todos podemos sentir quando se molha a roupa.

O gráfico relaciona a absorção de água com a condutibilidade térmica, de acordo com os valores de projecto definidos da EN ISO 10456. Em todos os materiais isolantes, em maior ou menor medida, se produz um aumento da condutibilidade com valores crescentes de absorção de água. Os limites das curvas são dados através do método definido em EN ISO 10456, o que não significa que não possam ocorrer maiores absorções em todos os casos.

Absorção de água

No gráfico mostram-se as categorias de valores típicos de absorção de água para os distintos isolamentos térmicos nos diversos ensaios de absorção de água. Estes ensaios, mais do que qualificar directamente as condições reais do isolamento instalado num edifício e numa dada climatologia, devem-se interpretar como ensaios de envelhecimento acelerado para determinar a durabilidade das prestações do produto.

Absorção por ciclos de imersão em água líquida: ensaio EN 12087

Os valores referidos para lãs minerais no gráfico, não procedem do ensaio de absorção a longo prazo EN 12087, mas de ensaios a curto prazo (48 horas). Portanto, caracterizam o produto mas não permitem a comparação nas mesmas condições com os restantes isolamentos térmicos. Pode-se observar o caso particular do poliestireno expandido (EPS), em que a densidade começa a ser uma variável que incide no seu comportamento face à humidade, com valores de absorção mais elevados para as densidades baixas (por outro lado, os mais habituais no mercado).

Por fim, no caso do XPS os produtos com pele de extrusão apresentam absorções que não superam 0,7%,

mas quando se elimina, através de um processo mecânico a referida pele, pode aumentar a absorção de água na superfície até 1,5%.

Absorção por difusão de vapor de água: ensaio EN 12088

Como se pode observar no gráfico, quando há dados disponíveis, as fibras ou lã minerais dão os maiores valores de absorção. Não obstante, é mais frequente que estas prestações não tenham sido determinadas (N.P.D. = No Performance Determined) por não fazer sentido ensaiá-las com este tipo de isolamentos térmicos.

De qualquer forma, o ensaio de absorção de água por difusão de vapor é mais duro que o de imersão, para qualquer material, como se comprova pelo facto de que todos eles registarem maiores absorções com este ensaio.

Absorção por ciclos gelo-degelo: ensaio EN 12091

No caso do ensaio de absorção de água por ciclos de gelo-degelo, comprova-se, à parte da absorção, se houve diminuição da resistência à compressão. Se a diminuição superar 10% do valor original (antes de efectuar os ciclos), considera-se que o produto não superou o ensaio e a sua estrutura se rompeu, inutilizando-se.

Como conclusão, em zonas húmidas existe risco de absorção de água pelo isolamento térmico, o que pode levar a que a condutibilidade térmica aumente, isto é, piore. O factor fundamental para resistir a “ataques” de humidade é em saber se a estrutura é porosa ou não.

Nas lãs minerais a estrutura é 100% porosa (=poro aberto). O resultado é a máxima facilidade da água ou, ainda, o vapor (fase gasosa), para se introduzir através dos interstícios e poros nestes produtos.

Em acústica pode ser uma propriedade útil das lãs quando se aproveita para conseguir absorção acústica, mas em absorção térmica é um inconveniente. Estes possíveis “ataques” de humidade, levam à protecção cuidadosa destes isolamentos com barreiras de vapor, impermeabilizações, ventilações e drenagens.

Nas espumas de plásticos celulares produz-se uma estrutura que, dependendo do tipo de produto, se qualifica, em maior ou menor quantidade, como fechada. Atinge-se o máximo de estrutura fechada (o oposto totalmente às fibras ou lãs) com produtos como XPS, com 98-100% de estrutura de célula fechada.

Resistência à difusão de vapor: ensaio EN 12086

No gráfico anexo incluem-se valores típicos de resistência à difusão do vapor (factor dimensional µ,”mu”); tomase o ar como referência com valor unitário dos diversos isolamentos térmicos. O referido valor é fundamental para determinar o maior ou menor risco de condensação associado à utilização de isolamentos térmicos.

Na realidade, a patologia de humidades mais complexa e difícil de controlar verifica-se quando tem a sua origem em processos de condensação, especialmente condensação intersticial, isto é, no interior dos elementos.

Quanto maior diferença houver entre as resistências aos fluxos de temperatura, maior será o risco de que sucedam condensações, para as mesmas condições meteorológicas. Pode-se falar de isolamentos «higrotérmicos», como é o caso especialmente do XPS, com um comportamento harmónico/harmonioso ou equivalente face aos dois fluxos.

A razão baseia-se em que, desde o início, o isolamento térmico, irá reduzir intensamente o fluxo de calor. Como consequência o gradiente de temperaturas sofre um salto muito forte e contínuo na espessura do isolante. Isto significa que no “lado frio” do isolante a temperatura é muito baixa e próxima à do exterior. Mas, ao mesmo tempo, oferece-se pouca ou nenhuma resistência ao fluxo de vapor ou difusão, o resultado é uma quantidade de vapor relativamente elevada atingindo temperaturas frias e, por conseguinte, a maior probabilidade de alcançar saturação, ou seja, condensação.

Os isolamentos «higrotérmicos», como o poliestireno extrudido, não precisam da introdução de barreira de vapor.

De facto com a definição mais habitual de barreira de vapor é costume dar-se um valor mínimo de resistência à difusão de vapor que é garantido por estes isolamentos «higrotérmicos». Ou seja, para estes efeitos funcionam também como barreira de vapor (embora não sejam sob a forma mais conhecida, lâmina).

Resistência à compressão a curto prazo: ensaio EN 826

Ter-se-á que avaliar qualquer aplicação onde o isolamento se encontre submetido a cargas permanentes, como é o caso de muitos isolamentos colocados em cobertura plana. Neste caso exige-se um valor adicional de resistência. Para todos os materiais isolantes a resistência mecânica é função da densidade do material. No gráfico podem-se ver de forma sintética as diferenças entre os diversos isolamentos térmicos, mostrando para cada um deles a categoria de valores em que se movem.

Muitas vezes usam-se os ensaios de resistência à compressão a curto prazo como se o valor obtido fosse representativo do que pode resistir o material, o que é um erro, pois trata-se de um ensaio a curto prazo no qual se atinge o limite de ruptura – não o elástico –, do material, ou uma deformação, que se considera equivalente à ruptura, de 10%.

Pelo contrário, há métodos de ensaio e cálculo específicos, como o definido em EN 1606, onde se determina a resistência do isolamento para uma fluência (deformação sob carga permanente) máxima de 2%, num período de vida útil de até 50 anos. A falta de outra referência normativa ou oficial, este valor pode-se usar como valor de dimensionamento. Os fabricantes com produtos que vão estar sob carga na aplicação informam sobre o referido valor. Em geral, costuma ser um valor entre 25 e 35% do valor da resistência à compressão a curto prazo (como o obtido do ensaio EN 826).

Reacção ao fogo

Não se deve confundir a reacção ao fogo de um material de construção com a resistência ao fogo de um elemento construtivo estrutural ou não, relativa ao tempo que o elemento mantém o fogo confinado, evitando a sua propagação (ou, no caso de um elemento estrutural, o tempo que se mantém sem se colapsar).

Consequentemente, é evidente que as espumas orgânicas não têm nenhum grau de resistência ao fogo, mas podem ter diversas reacções ao fogo, ao serem todas materiais combustíveis.

Até 2008 existia em Portugal um excessivo número de diplomas avulsos, dificilmente harmonizáveis entre sentre si e geradores de dificuldades na compreensão integrada do que se entendia ser a Segurança contra incêndios em Edifícios. Aliás alguma da legislação em vigor datava de 1951 e estava dispersa e desactualizada.

Em 2008 com o Decreto-Lei n.º 220/2008 de 12 de Novembro e Legislação Complementar e a Portaria n.º 1532/2008 (Regulamento Técnico de Segurança Contra Incêndio em Edifícios) foi possível englobar as disposições regulamentares de segurança contra incêndio aplicáveis a todos os edifícios e recintos, distribuídos por 12 utilizações-tipo (sendo cada uma delas, por seu turno, estratificada por quatro categorias de risco de incêndio).

Aproveitou-se igualmente este amplo movimento reformador de 2008, traduzido no novo regime jurídico, para adoptar o conteúdo das Decisões da Comissão das Comunidades Europeias n.os 2000/147/CE e 2003/632/CE, relativas à classificação da reacção ao fogo de produtos de construção, e n.os 2000/367/CE e 2003/629/CE, respeitantes ao sistema de classificação da resistência ao fogo.

A conclusão é que a informação proporcionada pelas Euroclasses não se pode comparar com a informação dada anteriormente pelas Classes M e é, de facto, muito mais exigente.

Definem-se as seguintes Euroclasses:

» A1/A2. Exemplos: isolamentos inorgânicos (por exemplo, lãs)
» B. Exemplos: espumas orgânicas na aplicação final de uso (revestidas). Nota: Ensaio de referência: SBI.
» C, D e E. Exemplos: espumas orgânicas Nota: ensaio de referência para a Euroclasse E: EN 11925-2 (“pequeno queimador”), enquanto que para as Euroclasses C e D é o ensaio SBI.
» F: Sem classificar

Por outro lado, como se reúne explicitamente nas novas normas europeias,

a segurança perante um incêndio fica garantida do modo mais adequado quando se contempla a solução construtiva completa.

Este é o conceito de condição ou aplicação final de uso. Assim, por exemplo, as espumas orgânicas podem ser classificadas, despidas, como C, D ou E. No entanto, a solução construtiva completa em que se montam e fixam, pode alcançar uma classificação superior, B por exemplo. Seria o caso de uma parede em que a espuma forma um composto com uma placa de gesso laminar que, na aplicação final de uso, é a que fica exposta no interior da habitação.

Temperatura máxima em serviço permanente

As diferentes temperaturas máximas de serviço dão uma ideia de porque é que os poliestirenos não têm presença em sistemas de aquecimento e isolamento industrial (embora o possam ter em criogenia). A temperatura máxima de serviço do XPS é de 75-90ºC.

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