Antiguamente la función de aislamiento, cuando era necesaria, se lograba aumentando el espesor de los materiales constructivos disponibles, como la madera, la tierra, y la piedra (aunque hay que señalar que algunas culturas desarrollaron técnicas de aislamiento ingeniosas, como los esquimales, que añaden capas de piel en el interior de los iglús para generar cámaras de aire que reducen las pérdidas de calor). Hoy en día, sin embargo, hay una gran variedad de materiales y productos especialmente concebidos para incrementar el nivel de aislamiento de los cerramientos.

Ahora bien, cuando se habla de aislamiento, generalmente se piensa en el uso de materiales con una conductividad térmica muy baja para reducir el flujo de calor a través de los cerramientos. Sin embargo, hay productos constructivos que permiten generar cerramientos con un buen nivel de aislamiento aun sin emplear materiales con una conductividad tan baja. Por otro lado, existe otro tipo de aislamiento, el reflectante, que funciona reduciendo el flujo de calor radiante. Algunos autores incluso señalan otro tipo de aislamiento, llamado capacitivo, si bien éste se explica mejor en términos de masa térmica. En este apartado haremos una breve descripción de los principales materiales y productos aislantes empleados en la edificación.

Aislamiento resistivo

Además del vacío los peores conductores de calor suelen ser los gases, como el aire, especialmente si se evitan sus movimientos convectivos. Esto último se puede lograr atrapando el gas en pequeños compartimentos o en capas delgadas. Debido a ello, los materiales constructivos más aislantes son extremadamente ligeros, precisamente porque tienen una gran cantidad de aire encapsulado en su interior, como las colchonetas de fibras naturales o sintéticas. Mientras más pequeños, numerosos y herméticos sean los compartimientos de aire, mayor será la capacidad de aislamiento. Tal es el caso de materiales como el poliuretano y el poliestireno, que suelen ser aún más eficientes que las colchonetas. Los materiales menos aislantes, por otro lado, son los metales altamente conductivos como el acero y el cobre.

De acuerdo con algunas normas internacionales, se consideran aislantes resistivos los productos constructivos que tienen una conductividad térmica inferior a 0.06 W/m-K y una resistencia térmica superior a 0.5 m²-K/W (en este último parámetro entra en juego el espesor del material). En lo que respecta a la conductividad, uno de los materiales más aislantes usados en la construcción es el poliisocianurato, con un valor de 0.026 W/m-K, mientras que en el límite superior se encuentran materiales como la fibra de madera (0.06 W/m-K). La siguiente es una descripción de los principales productos aislantes empleados hoy en día.

Placas y paneles

Las placas rígidas generalmente se hacen con espumas sintéticas como el poliestireno expandido (EPS) o extrudido (XPS), el poliuretano expandido y el poliisocianurato. En ocasiones también se producen mediante materiales fibrosos prensados. Algunas placas incluyen películas reflectantes para reducir también la transmisión de calor por radiación (ver más abajo Aislamiento reflectante).

Estos productos ofrecen un excelente aislamiento térmico y acústico, además de que son relativamente resistentes a pesar de su ligereza. Por otro lado, suelen brindar una buena cobertura superficial, reduciendo las pérdidas y ganancias de calor a través de fisuras, si bien es necesario tener cuidado con las juntas. Las placas aislantes generalmente se aplican en la parte externa de los cerramientos exteriores (muros y cubiertas) o en cámaras de aire. También es común su uso en cimentaciones, suelos y cielorrasos.

Fieltros

Los fieltros, o colchonetas, se fabrican con distintos tipos de fibras que pueden ser sintéticas, de vidrio, minerales o naturales. La fibra de vidrio se produce con arena y vidrio reciclado, mientras que la fibra mineral se hace con una mezcla de roca basáltica y residuos metálicos triturados. Por lo que respecta a las fibras naturales, se han desarrollado fieltros a partir de la lana, el algodón e incluso productos como la cáscara de coco. Aunque no son tan eficientes como las placas aislantes, los fieltros representan una opción interesante desde el punto de vista de la sustentabilidad, especialmente los que se derivan de productos naturales.

Los fieltros se encuentran disponibles en forma extendida o en rollos. Algunos incluyen películas textiles o plásticas, en una o ambas caras, con el objeto de brindarles mayor resistencia y estabilidad, impedir el paso del vapor de agua o incluso proporcionar aislamiento radiante. Una ventaja importante de los fieltros es su flexibilidad, ya que son muy fáciles de cortar y adaptar a distintas situaciones de obra. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la compresión excesiva de los fieltros puede reducir de manera significativa su eficiencia aislante.

Aislantes rociados

Los aislantes rociados se componen de fibras sueltas o pequeños agregados, generalmente adicionados con adhesivos para hacerlos más resistentes. Se suelen producir con fibras de vidrio, minerales o de celulosa, si bien en algunos lugares se emplean fibras de lana ovina. En el caso de las fibras de celulosa, casi siempre se producen a partir de papel reciclado y se tratan con químicos para retardar el fuego. Estos aislantes suelen aplicarse sobre los cielorrasos, o como relleno de cavidades en el interior de algunos cerramientos. También pueden proporcionar una buena resistencia a la infiltración si son lo suficientemente densos.

Espumas de relleno

Las espumas de relleno, generalmente producidas con materiales como el poliuretano, se introducen directamente en las cavidades de algunos cerramientos. Al inyectarla, la espuma se expande hasta llenar por completo dichas cavidades. Así, estos productos permiten generar un aislamiento perfectamente ajustado a las cavidades, haciendo más eficiente su función y reduciendo las infiltraciones de aire a través de la envolvente. Sin embargo, una desventaja de las espumas inyectadas es que casi siempre deben ser aplicados por instaladores profesionales y con equipos especiales. Por otro lado, debido a la toxicidad potencial de algunas de ellas, es necesario garantizar que no queden expuestas al ambiente.

Materiales intermedios

Hay algunos materiales y productos constructivos que si bien no pueden considerarse verdaderos aislantes, cuando se emplean en capas relativamente gruesas permiten generar cerramientos con un buen nivel de aislamiento. Se trata de materiales que podríamos definir como “intermedios” ya que superan los valores de conductividad de los verdaderos aislantes (cuya conductividad debe ser inferior a 0.06 W/m-K), pero están muy por debajo de los valores de conductividad de los materiales estándar. Veamos cuatro ejemplos, la madera, el hormigón celular, el hormigón aligerado y los bloques de termoarcilla.

Madera

La madera es un material constructivo ancestral. Junto con la piedra y la tierra, es sin duda uno de los primeros materiales empleados por el hombre para construir sus refugios. Aun hoy en día hay muchos países en los que se sigue usando de forma intensiva en la edificación, sobre todo en el sector de la vivienda. Entre ellos se encuentran Estados Unidos, Canadá y algunos países del norte de Europa.

Hay muchos tipos de madera, dependiendo del tratamiento que reciben antes de su utilización, pero sobre todo del árbol del que proceden. En el ámbito de la edificación las maderas más empleadas son las procedentes de coníferas como el pino, la picea (o falso abeto), el cedro y el alerce. Estas maderas tienen densidades que pueden ir de 430 a 620 Kg/m³, y valores de conductividad entre 0.12 y 0.24 W/m-K. Obviamente, las maderas menos densas tienen a ser las más aislantes. Por otro lado, actualmente se dispone de varios productos derivados de la madera, como los contrachapados y la madera laminada, que expanden de manera significativa las posibilidades de uso de este material.

Una de las principales ventajas de la madera, más allá de su versatilidad de uso, es que sus valores de conductividad relativamente bajos permiten incrementar la resistencia térmica de los cerramientos, así como reducir los puentes térmicos a través de ellos. Cuando la madera procede de bosques certificados, representa un material con una huella ecológica muy baja y un elevado nivel de sostenibilidad. Por otro lado, es importante tener en cuenta algunas posibles desventajas, como la escasa resistencia al fuego, la vulnerabilidad a ciertas plagas, la necesidad de un buen mantenimiento, y las posibles emisiones de compuestos volátiles asociadas al uso de adhesivos y productos químicos que incrementan su durabilidad.

Hormigón celular

El hormigón celular es un material desarrollado a finales del siglo XIX. Por lo general se produce a partir de arena de sílice, cemento, cal, agua y un agente químico expansivo, como el polvo de aluminio. Este último es el que genera la estructura microalveolar del hormigón celular, caracterizada por un gran número de poros rellenos de aire. Dichos poros lo hacen más ligero y aislante que el hormigón normal, pero manteniendo hasta cierto punto su resistencia mecánica. El hormigón celular más empleado en los cerramientos de los edificios es el curado en autoclave, que permite producir elementos prefabricados como bloques y paneles. Incluso se le puede añadir refuerzos metálicos para producir dinteles y placas estructurales.

El hormigón celular se suele producir con densidades de 350 a 700 kg/m³, según su papel estructural. El nivel de aislamiento es inverso a la densidad, es decir, mientras más denso menos aislante. Así, la conductividad térmica de un hormigón celular de 350 kg/m³ es de unos 0.09 W/m-K, mientras que uno de 550 kg/m³, puede alcanzar una conductividad de 0.14 W/m-K. En todo caso, un muro de bloques de hormigón celular de 30 cm puede alcanzar una resistencia térmica de 3.5 m²-K/W, equivalente a la de un cerramiento tradicional con una capa de aislamiento (digamos poliestireno expandido) de 12 cm.

Además de ser un material que se puede adaptar muy bien a casi cualquier requerimiento de obra, el hormigón celular ofrece un aislamiento homogéneo, por lo que si se emplea de manera correcta puede reducir significativamente los puentes térmicos. También puede brindar beneficios desde el punto de vista medioambiental, pues en su producción se reduce de manera considerable el uso de materias primas y energía.

Hormigón ligero

El hormigón ligero es básicamente un hormigón al que se le agrega un material de baja densidad, y por lo tanto aislante, como perlas de poliestireno expandido, arcilla expandida, vermiculita o perlita. Dicho material sustituye total o parcialmente los áridos normales. Dependiendo del uso final y la mezcla de materiales, algunos hormigones ligeros pueden alcanzar propiedades térmicas cercanas a las del hormigón celular.

El uso más común del hormigón ligero es como material de relleno, por ejemplo para capas de nivelación, recrecidos y formación de pendientes en cubiertas planas. También se puede usar en cerramientos, incluso con ciertos requerimientos estructurales, pero es importante tener en cuenta que mientras mayores sean dichos requerimientos, más denso (y por lo tanto menos aislante) será el hormigón.

En el mercado hay algunos sistemas constructivos basados en paneles prefabricados de hormigón ligero, principalmente para la construcción de muros. Estos paneles por lo general se fabrican usando poliestireno expandido reciclado, lo cual les otorga beneficios desde el punto de vista medioambiental. Por otro lado, es importante tener en cuenta que suelen requerir un entramado de hormigón armado interno para garantizar su estabilidad y mejorar su resistencia estructural.

Bloques de termoarcilla

Los bloques de termoarcilla se fabrican con un material cerámico de baja densidad, el cual es creado a partir de la combinación de arcilla y aditivos que se gasifican durante el proceso de cocción. Ese proceso le confiere al material cerámico una gran porosidad, aumentando su capacidad de aislamiento. Adicionalmente, los bloques de termoarcilla tienen un diseño geométrico que incluye un buen número de cámaras de aire internas.

La conductividad equivalente de los bloques de termoarcilla es de alrededor de 0.25 W/m-K. Considerando los revestimientos interior y exterior, un muro de bloques de termoarcilla de 14 cm de espesor ofrecerá una resistencia térmica de 0.8 m²-K/W, mientras que uno de 29 cm ofrecerá una resistencia térmica de 1.4 m²-K/W. Estos valores se encuentran por debajo de los alcanzados con otros materiales, como el hormigón celular, pero pueden se adecuados en climas en los que no se requiere un aislamiento elevado.

Aislamiento reflectante

A diferencia de los aislantes resistivos, que reducen la transferencia de calor por conducción, los aislantes reflectantes actúan como barrera a las ondas radiantes, principalmente aquellas ubicadas en el rango de los infrarrojos. Por lo general se producen fijando una capa de aluminio, o un material con brillo similar, a una lámina de plástico o cartón.

Cabe señalar que la gran mayoría de los materiales constructivos muestran una relación directa entre su capacidad para absorber y emitir radiación, la cual depende tanto de su color como de sus características superficiales. Los materiales con acabado oscuro y mate suelen presentar valores altos de absortancia y emisividad, mientras que los materiales con acabado claro y brillante suelen presentar valores mucho más bajos. Estos últimos son los más aptos para generar aislamiento reflectante y, obviamente, mientras más claros y brillantes sean, mayor será su eficiencia.

Debido a que los aislantes reflectantes sólo reducen la transferencia de calor por radiación (no son buenos para reducir la transferencia por conducción) deben aplicarse en la superficie interior o exterior de los cerramientos, o bien, lo más recomendable para protegerlos, dentro de una cámara de aire. Por otra parte, es importante considerar que su nivel de resistencia a los flujos de calor depende en buena medida de la dirección de dichos flujos. Generalmente resultan más efectivos ante los flujos de calor descendentes.

Los aislantes reflectantes se pueden emplear para reducir tanto las ganancias de calor en los climas cálidos como las pérdidas en los climas fríos, aunque suelen ser bastante más eficientes en la primera situación. En todo caso, para ser efectivos deben tener un alto índice de reflectancia. En algunos ámbitos se recomienda un índice de al menos 0.9.

Nota: Los aislamientos reflectantes, como las pinturas y recubrimientos termo-reflectantes que se aplican en las cubiertas, pueden tener un impacto relativamente bajo en la reducción de las ganancias de calor, sobre todo si se tiene en cuenta el desempeño del edificio en su conjunto. En determinados casos pueden ser benéficos, pero se recomiendan análisis específicos para corroborarlo.

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