Los aislamientos térmicos funcionan reduciendo intensamente la Transmitancia Térmica (valor U, antiguo coeficiente K) a través de la superficie envolvente del edificio. Se puede ver desde la inversa, la Resistencia Térmica, que es, así, aumentada todo lo posible.
Si se dice «intensamente» es porque hay que diferenciar las prestaciones térmicas ofrecidas por un aislamiento térmico como tal, de las ofrecidas por cualquier otro material de construcción. El valor que define dichas prestaciones es la conductividad térmica, λ (lambda). Está claro que en la expresión de la R siempre se podrá obtener un valor distinto de cero, por pequeño que sea, para cualquier material, puesto que no hay ninguno tan superconductor del calor como para tener una conductividad térmica infinita. Del mismo modo no existe ningún super aislante que corte absolutamente el flujo de calor con una conductividad nula (= 0).
En definitiva, los aislamientos térmicos presentan valores muy bajos de conductividad y aíslan térmicamente de un modo especialmente «intenso», como se muestra en el gráfico adjunto, con una diferencia respecto de los demás materiales que es de orden de magnitud. Se ofrecen dos columnas para cada grupo de materiales, representativas de los valores mínimo y máximo habituales en el rango de conductividades de cada grupo.
En el gráfico adjunto se muestran dos columnas, para cada tipo de producto aislante, que delimitan el rango habitual de valores mínimo y máximo de conductividad térmica.
Por tanto, las conductividades térmicas de los diversos materiales aislantes presentes usualmente en el mercado oscilan entre valores de 25 y 50 mW/mºC. Como regla empírica, válida en una mayoría de soluciones constructivas, podemos tomar 1 cm más necesario de espesor de aislamiento térmico por cada 7-8 mW de diferencia en conductividad. Es decir, esos 25 mW de diferencia (50-25) pueden representar, para obtener una misma prestación térmica, una diferencia de espesores de unos 3-4 cm.
Por consiguiente, tras la característica básica que es la conductividad térmica del material, habrá que considerar otras propiedades que, en función del tipo de aplicación, pueden influir también, y mucho, en las prestaciones térmicas del aislamiento.
En el caso de las espumas orgánicas celulares aislantes sucede que retienen, en su estructura, aire u otros gases de conductividad baja. Entonces, la transferencia de calor a través de ellas implica del siguiente modo a los tres mecanismos clásicos de transferencia de calor:
El resultado, para este tipo de productos es que se verifica un mínimo de conductividad, en una gráfica con dos ramas ascendentes, tanto en densidades bajas (por debajo de unos 25 kg/m3) como altas (por encima de unos 50 kg/m3).
Aunque el agua no es un material de construcción «al uso» (a pesar de las cubiertas de agua o cubiertas aljibe, donde se aprovecha su capacidad calorífica –inercia térmica-, no su escaso poder aislante), sin embargo forma parte no deseada pero inevitable de las construcción, tanto en su forma líquida, como en la mucho más peligrosa forma sólida (hielo). Así ocurre con las infiltraciones de agua de lluvia, las nevadas, las heladas, las condensaciones, la capilaridad ascendente desde el terreno, la propia agua usada en la construcción del edificio, etc. Como consecuencia, se produce un aumento de conductividad térmica de los materiales de construcción cuando absorben agua.
En el caso de algunos aislamientos térmicos también se puede producir este efecto pernicioso, puesto que el aire o gas confinados que constituyen auténticamente el aislamiento, pueden verse reemplazados por agua, que conduce 25 veces más el calor, o incluso, bajo heladas, por hielo, que conduce 90 veces más el calor. Es un fenómeno que todos podemos sentir cuando se nos moja la ropa.
El gráfico relaciona la absorción de agua con la conductividad térmica, según los valores de diseño definidos en UNE EN ISO 10456. En todos los materiales aislantes, en mayor o menor medida, se produce un aumento de la conductividad con valores crecientes de absorción de agua. Los límites de las curvas están dados por el método definido en UNE EN ISO 10456, lo que no significa que no pueda haber absorciones mayores en todos los casos.
En el gráfico 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 para determinar la durabilidad de las prestaciones del producto.
Los valores referidos para lanas minerales en el gráfico, no proceden del ensayo de absorción a largo plazo UNE EN 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. Se puede observar el caso particular del poliestireno expandido (EPS), en que la densidad empieza a ser una variable que incide en su comportamiento frente a la humedad, con valores de absorción más elevados para los productos de densidades bajas (por otro lado, los más habituales en el mercado).
Finalmente, en el caso del XPS los productos con piel de extrusión presentan absorciones que no superan el 0,7%,
pero cuando se les cepilla en un proceso mecánico dicha piel, puede aumentar la absorción en la superficie de la plancha hasta un 1,5%.
Como se puede observar en el gráfico, cuando hay datos disponibles, 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 con este tipo de aislamientos térmicos. De cualquier forma, 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, aparte de la absorción, si a su término ha habido disminución de la resistencia a 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.
Como conclusión, donde haya entornos húmedos hay riesgo de absorción de agua por el aislante térmico, lo que puede llevar a que la conductividad térmica aumente, es decir, empeore. El factor clave para resistir ataques de humedad radica en si la estructura es porosa o no.
En las lanas minerales la estructura es 100% porosa (=poro abierto). El resultado es la máxima facilidad del agua o, más aún, el vapor (fase gaseosa), como se explicará a continuación, para introducirse a través de los intersticios y poros de estos productos. En acústica puede ser una propiedad útil de las lanas cuando se aprovecha 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 con barreras de vapor, impermeabilizaciones, ventilaciones y drenajes.
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 98-100% de estructura de célula cerrada.
En el gráfico adjunto se incluyen valores típicos de resistividad a la difusión del vapor (factor adimensional µ,»mu»; se toma el aire como referencia con valor unitario) de los diversos aislamientos térmicos. Dicho valor es clave para determinar el mayor o menor riesgo de condensación asociado al uso de aislamientos térmicos.
Efectivamente, la patología de humedades más compleja y difícil de controlar se verifica cuando tiene su origen en procesos de condensación, en particular condensación intersticial, es decir, en el interior de los cerramientos.
Cuanta mayor diferencia haya entre las resistencias a los flujos de temperatura, mayor será el riesgo de que sobrevengan condensaciones, para unas mismas condiciones climáticas. Se puede hablar de aislamientos «higrotérmicos », como es el caso especialmente del XPS, con comportamiento relativamente armónico o equivalente frente a los dos flujos.
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.
Los aislamientos «higrotérmicos», como el poliestireno extruido, no necesitarán la incorporación de barrera de vapor.
De hecho con la definición más habitual de barrera de vapor se suele dar un valor mínimo de resistencia a la difusión del vapor que es satisfecho por estos aislamientos «higrotérmicos». Es decir, a estos efectos son también barrera de vapor (aunque no lo sean bajo la más conocida forma, laminar, de la barrera).
Habrá que evaluar cualquier aplicación donde el aislamiento se encuentre sometido a cargas permanentes, como es el caso de muchos aislamientos colocado en cubierta plana. En este caso se requiere un plus de resistencia.
Para todos los materiales aislantes la resistencia mecánica es función de la densidad del material. En la tabla se pueden 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.
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 en el que se alcanza el límite de rotura –no es el elástico- del material, o una deformación, que se considera equivalente a la rotura, del 10%.
Por el contrario, hay métodos de ensayo y cálculo específicos, como el definido en UNE 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. En general suele ser un valor entre el 25 y el 35% del valor de resistencia a compresión a corto plazo (como el obtenido del ensayo UNE EN 826).
No se debe confundir la reacción al fuego de un material de construcción con la resistencia al fuego de un elemento constructivo de partición (estabilidad si se trata de un elemento constructivo estructural), relativa al tiempo que el elemento mantiene el fuego confinado, evitando su propagación (o, en el caso de estabilidad estructural, el tiempo que se mantiene sin colapsar).
Es evidente, por consiguiente, que las espumas orgánicas no tienen ningún grado de resistencia al fuego, pero pueden tener diversas reacciones al fuego, dentro de ser todas materiales combustibles.
Actualmente hay tres normativas que contemplan el comportamiento de los materiales de la construcción ante el fuego:
Este Real Decreto determina la transposición a toda la normativa nacional del nuevo sistema armonizado europeo de ensayo y clasificación (UNE EN 13501-1) por reacción al fuego: las llamadas Euroclases de reacción al fuego:
la seguridad ante un incendio queda garantizada del modo más adecuado cuando se contempla la solución constructiva completa.
Este es el concepto de condición o aplicación final de uso. Así, por ejemplo, las espumas orgánicas pueden ser clasificadas, desnudas, como C, D o E. Sin embargo, la solución constructiva completa en la que se montan y fijan, puede alcanzar una clasificación superior, B por ejemplo. Sería el caso de una pared en la que la espuma forma un compuesto con una placa de yeso laminar que, en la aplicación final de uso, es la que queda expuesta al interior de la vivienda.
Las diferentes temperaturas máximas de servicio dan una idea de por qué los poliestirenos no tienen presencia en calorifugado y aislamiento industrial (aunque sí lo pueden tener en criogenia). La temperatura máxima de servicio del XPS es de 75-90 ºC.
