Por motivos económicos y legales resulta imprescindible perfeccionar las medidas de aislamiento térmico en casi todos los sectores de la construcción, tanto de edificios como de subterráneos, en la industria y en las plantas de producción química, tanto en las térmicas de refrigeración y descongelación como en el transporte de calor/frío a distancia.
La térmica actual del aislamiento se rige en todos sus ámbitos por criterios tales como el ahorro energético, la seguridad estática de los edificios y las severas exigencias económicas. Esto implica que tanto los materiales como
los diseños técnicos de aislamiento deben poseer características que anteriormente sólo se exigían en casos extremos.
La espuma rígida de poliuretano (PUR) presenta la estructura típica de poro cerrado en forma predominante. El gas expansor (HCFC-141b) retenido en el interior de las celdillas produce un excelente aislamiento, al mismo tiempo que produce en gran manera la densidad aparente (kg/m3). Estas dos ventajas fundamentales permiten al POLIURETANO adaptarse en todos los sectores, tanto especiales como convencionales del aislamiento.
La espuma rígida de POLIURETANO dispone de la mayor capacidad de aislamiento entre todos los materiales que actualmente se utilizan para esta finalidad y por la facilidad con que se maneja es una solución económica de bajo costo en mano de obra y de excelente calidad térmica para cualquier problema de aislamiento que pueda plantearse.
El surtido de productos abarca desde artículos aislantes, tales como: placas, componentes piezas moldeadas o especiales, coquillas tubulares o semitubulares, hasta sistema de espumado in situ para utilizar en casos especiales, adaptándose perfectamente la forma a la del objeto a aislar.
Mediante equipos especiales transportables a obra, se provoca la formación de espuma rígida de POLIURETANO sobre las más diversas superficies que se deseen aislar y sellar. Se logra una capa aislante continua con “piel”.
La espuma rígida de POLIURETANO para aislamiento se obtiene por la mezcla de reacción de dos componentes líquidos, poliol e isocianato. En el poliol va incorporado el agente espumante, mediante sucesivas pasadas, se logra el espesor final deseado. Como particularidad del sistema se obtiene una “piel” resistente que asegura una máxima aislación y hermeticidad sin juntas.
CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA
1. Coeficiente de transmisión de calor (K) muy bajo: menor que el de los aislantes tradicionales (corcho, fibra de vidrio, etc.) lo que permite, para una necesidad de aislamiento determinada, un menor espesor de material aislante.
2. Aplicación in situ lo que permite una rápida ejecución de obra consiguiéndose una capa de aislamiento continua, sin ningún tipo de juntas y un eficaz aislamiento.
3. Duración indefinida.
4. Excelente adherencia a los materiales normalmente utilizados en construcción.
5. La mayoría de las espumas de PUR cumplen las normas IRAM 1744 y BNTN MB1562 como R1.
6. Alta impermeabilidad al agua por tener 98% de celdas cerradas
7. Buena estabilidad dimensional. Para espumas de 32-35 g/l para el intervalo de temperaturas de -30 a 120ºC.
VENTAJAS ADICIONALES.
• No facilita el desarrollo de microorganismos (hongos, bacterias).
• Excelente aislante y barrera del viento, suciedad, insectos, pájaros.
• Refuerza y protege la superficie aplicada.
• Alta resistencia al ataque de ácidos y álcalis diluidos, así como de aceites y disolventes.
• Buena resistencia mecánica en relación a su densidad.
CAMPOS DE APLICACIÓN.
1. En construcción:
a) Aislación de techos (terrazas, fibrocemento, kala, etc.)
b) Aislación de cielorrasos.
c) Aislación de paredes, techos y pisos en sótanos, cámaras frigoríficas, etc.
d) Aislamiento de criaderos de aves y cerdos
2. En industria:
a) Aislación exterior de tanques de proceso o almacenaje, gasoductos, oleoductos, etc.
b) Aislación exterior de silos para evitar la fermentación por condensación interna.
c) Aislación interior de vagones ferroviarios.
d) Aislación interior de camiones frigoríficos
e) Aislación interior de camarotes, puentes de mando, bodegas de víveres, bolsillos y bodegas frigoríficas, etc. en buques de todo tipo.
f) Aislación de cañerías.
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.
Como es sabido, la eficiencia de un material aislante térmico se mide a través de su valor de conductividad térmica, al que designaremos con la letra “K” cuyas unidades son: kcal.cm/m2.hºC.
Dicho valor nos indica la cantidad de calor, en kcal/h, que pasa a través de las dos caras de una placa de 1 cm de espesor y 1 m2 de superficie por cada ºC de diferencia de temperatura existente entre las dos caras.
Por lo tanto, cuanto menor es la conductividad térmica mencionada, menor cantidad de calor se transmite a través del material, entonces mejor funciona este último como aislante.
En la siguiente tabla se indican las densidades y los K de productos ofrecidos en el mercado a 0ºC, pudiéndose observar que la espuma de poliuretano posee las más bajas conductividades térmicas.
También podemos destacar que a medida que el K disminuye es menor el espesor de material que se ha de aplicar para aislar una determinada superficie, esto conlleva a una reducción de costos. Por ej: si queremos aislar térmicamente un techo con espuma de poliuretano cuyo K promedio es de 1,7 necesitamos un espesor de 1 pulgada; mientras que si utilizamos lana mineral, cuyo K es de 3,5 vamos a necesitar 2 pulgadas de espesor.
Todo esto es importante desde el punto de vista del costo de aislación.
Los materiales intervinientes en la obtención de esta espuma son más caros que los otros aislantes, pero los espesores necesarios son mucho menores y el procedimiento de aplicación es sumamente rápido, sobre todo si se emplea la técnica de sopleteo. Como comentario adicional diremos que utilizar espesores menores de aislación puede flexibilizar también las posibilidades de diseños de una estructura determinada.
PROPIEDADES FISICAS.
1. Aislamiento térmico.
La espuma de POLIURETANO es un material de altísimo porcentaje de celdas cerradas en cuyo interior se encuentra el gas HCFC-141b. El tamaño de las celdas es inferior a 0,5 mm, dato muy interesante que sitúa en la línea de estructura óptima al material para conseguir un coeficiente de transmisión lo más bajo posible.
El funcionamiento del POLIURETANO como aislante térmico es por completo diferente a otros materiales aislantes. Los materiales aislantes actúan generalmente como tales porque retienen en su interior el aire inmovilizado a través de su estructura celular, ya sea celda abierta o cerrada.
En general, todos los materiales aislantes tienden a alcanzar el K teórico del aire inmóvil, cuyo valor es 0,025 kcal.cm/m.h.ºC. No hay ningún material aislante clásico que pueda alcanzar ese valor ya que es un valor de tendencia límite. El poliuretano, por el contrario, tiene almacenado en el interior de sus diminutas celdas gas HCFC-141b, o sus reemplazantes, gas ecológico, cuyo coeficiente de transmisión es 0,0079 kcal.cm/m.h.ºC; aproximadamente una tercera parte del coeficiente de transmisión del aire. Es por esto que los POLIURETANOS resultan ser aislantes mucho más efectivos que el resto de los materiales celulares.
Cuando el POLIURETANO está recién expandido se alcanzan valores de K de 0,012-0,014; al cabo de un tiempo y debido a la pérdida parcial del gas retenido en las celdas se llega a valores de 0,016, y en la práctica puede utilizarse con seguridad el valor de 0,018 kcal.cm/m.h.ºC.
En el Gráfico 1 se observa la variación del K con la densidad, podemos decir que la densidad óptima de trabajo con POLIURETANO es de 38 kg/m3.
En el Gráfico 2 se refleja la variación del K en función de la temperatura.
2. Resistencia al envejecimiento.
En el Gráfico 3 se observa que el K se mantiene constante a través del tiempo a partir de los 50-60 días de la aplicación de poliuretano. La explicación física de este fenómeno reside en que durante los primeros días existe una pérdida parcial del gas contenido en las celdas de poliuretano, esto ocurre hasta que se alcanza el equilibrio, aproximadamente a los 50-60 días. El equilibrio por combinación de dos características; por un lado debido a que las celdillas de poliuretano son impermeables al aire y por otro lado el peso molecular del aire impide que éste tienda a difundirse.
El POLIURETANO resiste perfectamente el paso del tiempo y no sufre procesos de envejecimiento. Los ensayos de envejecimiento acelerado han dado como resultado una resistencia muy buena, manteniendo todas sus propiedades constantes en el tiempo.
3. Propiedades mecánicas.
a) Resistencia a la compresión.
La resistencia a la compresión en la espuma de POLIURETANO es función de la densidad, como se puede apreciar en el Gráfico 4. Para una espuma de 27 kg/m3 tenemos una resistencia a la compresión de 1,5 kg/cm2 y para una espuma de 40 kg/m3 tenemos 3 kg/cm2.
b) Resistencia a la tracción.
El POLIURETANO tiene una región elástica en la que se cumple la Ley de Hooke según la cual, la deformación es proporcional a la presión aplicada. En esta zona, la espuma recupera íntegramente su estado inicial. Más allá de este límite, que se alcanza con un 10% más, tiene lugar la rotura de la estructura celular, como podemos observar en el Gráfico 5 para una espuma de 31 kg/m3 de densidad.
4. Efecto de la temperatura.
El POLIURETANO, como todos los materiales, está sometido a variaciones dimensionales con la temperatura. Estas dilataciones o contracciones se determinan mediante el coeficiente de dilatación lineal.
Para una espuma de 30 kg/m3 el coeficiente de dilatación es 0,00004/ºC y para una de 50 kg/m3 es de 0,00002/ºC. Por ej: una espuma de 40 kg/m3 que pasa de -20ºC a 30ºC sufre una dilatación del orden del 0,2%.
Existe una dependencia entre el coeficiente de dilatación y la temperatura, si tomamos una muestra de poliuretano y la enfriamos lentamente hasta 0ºC, el gas contenido en el interior de las celdas se encuentra licuado y su presión devapor es de 0,4 kg/cm2. Existe una diferencia de presión de 0,6 kg/cm2 entre el exterior (atmósfera) y el interior de las celdillas. Si el material tiene una densidad elevada, la variación dimensional con la temperatura será exclusivamente debido a la variación dimensional de la estructura del POLIURETANO; mientras que si la densidad es baja, a este efecto se le suma el ejercido por la sobrepresión del aire sobre las celdillas del poliuretano.
Cuando la densidad es superior a 30 kg/m3 puede soportar perfectamente el cambio de temperatura sin sufrir ninguna deformación, ya que el espesor de las paredes es suficiente para resistir este efecto de presión. Incluso a temperaturas inferiores a -40ºC no se observan deformaciones permanentes superiores al 0,5%. Por debajo de los 30 kg/m3 y trabajando a altas temperaturas pueden producirse deformaciones permanentes de consideración.
Por todo lo dicho anteriormente, aconsejamos utilizar espumas de 32 kg/m3 para temperaturas mayores a 7ºC y reservar las de 35 kg/m3 para temperaturas menores a 0ºC.
Al aumentar la temperatura se produce un incremento en la presión interior de las celdillas, al pasar los 100ºC existe una pérdida parcial de freón debido a que las celdillas se hacen permeables y si la temperatura continua elevándose, se produce una dilatación que en densidades de PUR inferiores a 25 kg/m3 puede llegar hasta el 30%, y a continuación se produce la ruptura de las celdillas seguido de una contracción de las mismas.
5. Resistencia a la temperatura.
El POLIURETANO puede utilizarse en un rango de temperatura que va desde los -200ºC hasta los 100ºC. Por encima de los 100ºC el material tiende a deformarse ligeramente, lo cual no afecta sus cualidades como aislante, pero se aconseja no utilizarlo a estas temperaturas. Puede utilizarse perfectamente a 100ºC permitiendo que sufra picos de incluso 130-140ºC.
En caso de requerirse temperaturas superiores, puede emplearse un aislamiento de POLIISOCIANURATO, las cuales permiten temperaturas de trabajo de hasta 160ºC con picos de 170-180ºC, y tienen básicamente las mismas características que las espumas de poliuretano.
6. Resistencia al fuego.
Las espumas de POLIURETANO pueden clasificarse como autoextinguibles según normas: UNE 53127. ASTM 1692-59 T Clase M-1, Clase M-3 según UNE 23727 ó Clase B-2 según DIN 4102.
7. Resistencia a la absorción de agua.
El POLIURETANO es impermeable al agua, resiste perfectamente el agua de mar y puede utilizarse en flotadores.
En un experimento se sumergieron probetas de POLIURETANO en agua de mar, y al cabo de 24 h de inmersión, sufrieron una penetración de 0,021 g/cm2. Esta penetración es un fenómeno superficial únicamente, el interior de la espuma no es accesible en ningún caso al agua en estado líquido.
8. Transmisión de vapor de agua.
En el caso de existir un gradiente de temperatura asociado a una diferencia de presión parcial entre la parte exterior e interior del POLIURETANO puede haber penetración de vapor de agua en el interior del material. Esto sucede en cámaras frigoríficas, donde la temperatura ambiente es elevada y la interior es inferior a 0ºC. Es importante destacar que el poliuretano tiene alta resistencia a esta penetración.
La permeabilidad del vapor de agua depende de la espuma de poliuretano, y es por término medio de 5 g.cm/m2.día.mmHg. Esta permeabilidad corresponde a la de un poliestireno expandido de 15 kg/m3 de densidad y es la mitad de la que deja pasar un corcho de buena calidad. Este valor depende de la densidad del material (Gráfico 6), a mayor densidad menor permeabilidad.
La penetración del vapor de agua trae consigo un aumento del K, y en el caso del poliuretano, el desplazamiento del gas Freón con la pérdida irreversible de su capacidad aislante. Es aconsejable utilizar una buena barrera de vapor cuando se desean aislamientos a bajas temperaturas. La aplicación de la barrera de vapor adecuada da la seguridad de mantener constantes las propiedades aislantes del material a lo largo del tiempo, evitando la formación de condensaciones que aumentarían extraordinariamente el K.
9. Resistencia a los microorganismos.
Las espumas de POLIURETANO tienen una excelente resistencia a los microorganismos. Es importante destacar que la espuma de poliuretano no favorece en ningún caso el desarrollo de los mismos.
10. Propiedades acústicas.
La espuma de poliuretano rígida de celdas cerradas, no es un absorbente acústico ideal ya que presenta una superficie limitada y es un material ligero, es decir, que no puede actuar ni como absorbente poroso ni como absorbente elástico de masa. Sin embargo, puede servir como amortiguador de vibraciones en la industria del automóvil, y en algunos casos, de la construcción.
