Aislantes, Definiciones

Los materiales o sistemas constructivos aislantes tienen como finalidad reducir la transmisión de calor y de sonido/ruido. Las propiedades que se suelen caracterizar para materiales de aislamiento son densidad (ρ), conductividad térmica (λ), calor específico (cp), y absorción y aislamiento acústico. Para evaluar el rendimiento de aislación térmica se caracterizan la λ y la transmitancia térmica. La λ es útil para describir la velocidad con la que el calor viaja por una longitud de material a una dada diferencia de temperatura (W/mK) en estado estacionario. Un material se considera como un aislante térmico si λ es inferior a 0,07 W/mK. λ depende de la temperatura, el contenido de humedad y la densidad. Además, λ puede variar debido a la naturaleza no homogénea de los materiales a nivel microscópico o celular, como ocurre con los basados en plantas. La madera posee valores λ que pueden ser mayores cuando el calor fluye en la dirección del grano comparado cuando lo hace a través del grano. Cuando se utilizan materiales de aislamiento naturales muy higroscópicos o que muestran diferencias notables de su densidad, se debe tener precaución en relación con el valor λ de diseño. Se han registrado variaciones de λ de 0,05W a 0,065 Wm-1K-1 para fardos de paja con densidades de 100 a 130 kg/m3. Además, materiales orgánicos como la paja, el corcho, etc. son fuertemente higroscópicos y, por ende, pueden variar fuertemente su permeabilidad al vapor no lineal y λ.

La transmitancia térmica (valor U) corresponde al flujo de calor en estado estacionario que pasa a través de una superficie inducido por una diferencia de temperatura (W/m2K). El valor U tiene en cuenta las transferencias de calor por convección y radiación. La transmitancia térmica se puede medir por método de la caja caliente y estimar por cálculo, pero este último método suele mostrar valores de U más bajos que los medidos. Para los estados no estacionarios, se utiliza la difusividad térmica (D) para comparar la capacidad de los materiales para conducir y almacenar energía térmica. D se expresa en m2/s y corresponde a la relación entre λ y el material de ρ y cp. cp define la capacidad de un material para almacenar energía y se expresa en J/kgK. Los materiales aislantes con λ menor a 0,05 W/mK y cp mayor a 1.4 kJ/kgK se consideran de alto rendimiento incluso en condiciones no estacionarias. Otro parámetro que afecta el rendimiento de aislación térmica de los edificios es el albedo del techo y de las fachadas. El albedo es la componente de radiación solar reflejada por un objeto respecto a la radiación incidente. Las superficies claras tienen valores de albedo mayores a las oscuras, y las brillantes más que las mates.

El aislamiento acústico en el aire se expresa mediante el índice de reducción de sonido ponderado Rw (dB), que define la capacidad de una estructura para evitar el paso del sonido. A medida que aumenta el Rw, el aislamiento acústico de la estructura incrementa. El Rw se determina con muestras de tamaño real. En caso de utilizar muestras más pequeñas que las reales, la aislación del sonido se puede evaluar mediante un tubo de impedancia, según la pérdida de transmisión TL. Por otro lado, la disipación de la energía acústica incidente se evalúa mediante el coeficiente de absorción acústica α, definido como la relación entre las potencias de sonido absorbida e incidente. En algunos materiales también interesa conocer la capacidad del material frente a la aislación de impacto, tal como aquellos usados para piso flotante. En estos casos se caracteriza la rigidez dinámica (st) y el índice de reducción de sonido ponderado (ΔLW). Para un material aislante también interesan su reacción frente al fuego durante un incendio y la permeabilidad del agua en fase líquida o vapor. El rendimiento frente al fuego se clasifica teniendo en cuenta el aumento de temperatura, la tasa de pérdida de masa, la liberación de calor, la producción de humo, entre otras variables. La capacidad de un material a la permeabilidad del vapor de agua se mide por la resistencia al vapor de agua (μ): cuanto menor es μ, mayor es la permeabilidad. En general, los materiales basados en fibras naturales poseen menores valores de μ que aquellos basados en fuentes sintéticas.

Laboratorio de Materiales – Universidad Nacional de San Martín