.

ICOPOR O POLIURETANO: DEMOSTRACIÓN Y COMPARACIÓN DEL MEJOR MATERIAL COMO AISLANTE TÉRMICO PARA LAS CONSTRUCCIONES EN DIVERSAS CONSTRUCCIONES EN DIFERENTES LOCACIONES DE COLOMBIA.

Naren Dagoberto González Vargas e-mail: ndgonzalezv@libertadores.edu.co

En Colombia se le conoce como ICOPOR por las siglas de la industria que las fabrica (industria colombiana de porosos) últimamente este material, junto con la espuma de poliuretano se usan con mayor frecuencia en recubrimiento de construcciones gracias a su capacidad para aislar la temperatura del ambiente y conservar la temperatura del interior, para demostrar cuál de estos dos materiales es mejor aislante térmico, se deben realizar ciertas experiencias en las cuales se piensa recrear varias condiciones climatológicas y así demostrar que material conserva mejor la temperatura.

PALABRAS CLAVE: Aislantes en Construcciones, Aislante Térmico, Icopor, Poliestireno, Poliuretano

JUSTIFICACION

En el presente artículo se desea mostrar al lector las propiedades físicas y térmicas, además de los modos de uso de la espuma de poliestireno más conocido en Colombia como Icopor y el Poliuretano, comparar todas y cada una de sus propiedades entre estos dos materiales y también compararlas con otros aislantes para poder asimismo determinar cuál de ellos podría ser mejor aislante térmico para su uso en futuras construcciones, dependiendo de las condiciones y en clima donde se deseen realizar las construcciones, tomando como factores el económico, la maleabilidad, la versatilidad para conservar la temperatura en los dos tipos de climas (cálido o frio) y la facilidad de acceso, y como factor adicional la estética.

MARCO TEÓRICO

POLIESTIRENO

El poliestireno (PS) es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno. Existen cuatro tipos principales: el PS cristal, que es transparente, rígido y quebradizo; el poliestireno de alto impacto, resistente y opaco, el poliestireno expandido, muy ligero, y el poliestireno extrusionado, similar al expandido pero más denso e impermeable. Las aplicaciones principales del PS choque y el PS cristal son la fabricación de envases mediante extrusión-termoformado, y de objetos diversos mediante moldeo por inyección. Las formas expandida, y extruida se emplean principalmente como aislantes térmicos en construcción.

La primera producción industrial de poliestireno cristal fue realizada por BASF, en Alemania, en 1930. El PS expandido y el PS choque fueron inventados en las décadas siguientes. Desde entonces los procesos de producción han sido mejorados sustancialmente y el poliestireno ha dado lugar a una industria sólidamente

establecida. Con una demanda mundial de unos 10.6 millones de toneladas al año (dato de 2000, excluye el poliestireno expandido), el poliestireno es hoy el cuarto plástico más consumido, por detrás del polietileno, el polipropileno y el PVC.

Símbolo internacional del poliestireno.

Propiedades Y Ventajas

Las ventajas principales del poliestireno son su facilidad de uso y su costo relativamente bajo. Sus principales desventajas son su baja resistencia a la alta temperatura (se deforma a menos de 100 °C, excepto en el caso del poliestireno sindiotáctico) y su resistencia mecánica modesta. Estas ventajas y desventajas determinan las aplicaciones de los distintos tipos de poliestireno.

El poliestireno choque se utiliza principalmente en la fabricación de objetos mediante moldeo por inyección. Algunos ejemplos: carcasas de televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos, maquinillas de afeitar desechables, juguetes. Según las aplicaciones se le pueden añadir aditivos como por ejemplo sustancias ignífugas o colorantes.

El poliestireno cristal se utiliza también en moldeo por inyección allí donde la transparencia y el bajo coste son importantes. Ejemplos: cajas de CD, perchas, cajas para huevos. Otra aplicación muy importante es en la producción de espumas rígidas, denominadas a veces "poliestireno extruido" o XPS, a no confundir con el poliestireno expandido EPS. Estas espumas XPS se utilizan por ejemplo para las bandejas de carne de los supermercados, así como en la construcción.

1

.

En Europa, la mayor aplicación del poliestireno es la elaboración de envases desechables de productos lácteos mediante extrusión-termoformado. En estos casos se suele utilizar una mezcla de choque y de cristal, en proporción variable según se desee privilegiar la resistencia mecánica o la transparencia. Un mercado de especial importancia es el de los envases de productos lácteos, que aprovechan una propiedad casi exclusiva del poliestireno: su secabilidad. Es esto lo que permite separar un yogur de otro con un simple movimiento de la mano.

La forma expandida (poliestireno expandido) se utiliza como aislante térmico y acústico y es ampliamente conocido bajo diversas marcas comerciales (Poliexpan, Telgopor, Emmedue, Icopor, etc.).

La forma extruida (poliestireno extruido) se emplea como aislamiento térmico en suelos, debido a su mayor resistencia mecánica, y también como alma en paneles sandwich de fachada. Pero su uso más específico es el de aislante térmico en cubiertas invertidas, donde el aislamiento térmico se coloca encima del impermeabilizante, protegiéndolo de las inclemencias del tiempo y alargando su vida útil.

Otras aplicaciones menores: indumentaria deportiva, por ejemplo, por tener la propiedad de flotar en agua, se usa en la fabricación de chalecos salvavidas y otros artículos para los deportes acuáticos; o por sus propiedades ligeras y amortiguadoras, se usa en la fabricación de cascos de ciclismo; también se utiliza como aglutinante en ciertos explosivos como el RDX y en el Napalm (por ejemplo en el MK77).

EL POLIESTIRENO EN LA CONSTRUCCIÓN

El Panel de Poliestireno puede ser empleado en fachadas, pisos, escaleras y paredes mediante un proceso de anclaje con ángulos o bastones en hierro a la estructura de la edificación. Cada lámina contiene una maya electro soldada para permitirle generar mayor adherencia a la mezcla de mortero, la cual se aplica sobre ella de manera mecánica o manual.

El sistema modular de paneles permite visualizar los diseños de diferentes estructuras antes de emplear mortero y otros materiales, lo cual genera mayor exactitud entre lo diseñado y lo construido con un manejo eficiente de material.

Otra de las ventajas de emplear el Panel de Poliestireno expandido, según Mora Ramírez, es la facilidad para adaptar los puntos de instalaciones eléctricas e hidrosanitarias con un mínimo de desperdicio en material; minimizando el riesgo de fisuras inducidas al no tener que hacer regatas. “Basta con identificar los puntos exactos e incrustarlos mediante diferentes procesos de corte o al calor antes de aplicar el mortero de pañete”, afirmó el arquitecto.

El Panel de Poliestireno expandido se ha convertido en una alternativa rentable en la construcción colombiana, dando solución a factores críticos como el tiempo de ejecución de un proyecto, hasta cinco veces menor y el empleo del recurso humano, aumentando la eficiencia por la ligereza y fácil transporte de de cada pieza.

Ventajas:

Practicidad: el empleo del sistema de Paneles de Poliestireno expandido simplifica la gestión y control de materiales reduciendo el desperdicio.

Rentabilidad: el empleo de este sistema de construcción redistribuye diferentes costos fijos a otros que necesitan mayor atención como los diseños, acabados y supervisión, además reduce gastos operacionales ya que se reduce el tiempo de construcción.

Acústico: reduce al interior de una edificación los ruidos provenientes del exterior, entre pisos y de diferentes espacios tales como oficinas, teatros y habitaciones.

Térmico: disminuye el uso de calefacción y aire acondicionado necesario en diferentes climas y reduce, por lo tanto, el consumo eléctrico para tal fin.

En diferentes partes del mundo el Panel de Polietileno tiene diversas aplicaciones gracias a su facilidad de transporte y ajuste del volumen según la necesidad del proyecto. Muestra de ello son las obras civiles que también han encontrado en el Polietileno un importante aliado a la hora de construir: carreteras, campos de deportes, parques, parqueaderos, barreras de ruido y pisos industriales.

POLIURETANO

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de di-bases hidroxílicas combinadas con disocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: termoestables o termoplásticos (poliuretano termoplástico, según si degradan antes de fluir o si fluyen antes de degradarse, respectivamente).Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes. Entre los poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.Es habitual su combinación con pigmentos tales como el negro de humo y otros.

AISLAMIENTO CON POLIURETANOEl poliuretano es una resina sintética que se obtiene mediante condensación de poliésteres; se caracteriza

2

.

por su baja densidad y son muy utilizados como aislantes térmicos

El poliuretano comenzó a utilizarse en los años 50. Hasta entonces no existían máquinas capaces de procesarlo. Se trata de un producto que procede de otros dos, el petróleo y el azúcar, sometidos a un proceso químico de transformaciónLa espuma de poliuretano es un material plástico poroso formado por una agregación de burbujas. Se forma básicamente por la reacción química de dos compuestos, un poliol y un isocianato, aunque su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha reacción libera dióxido de carbono, gas que va formando las burbujas.La espuma de poliuretano es uno de los mejores materiales para absorber los ruidosUn tercio de los hogares españoles padece molestias por ruidos generados tanto en el exterior como en el interior de las viviendas. Para solucionarlo, el Documento Básico de Protección frente al ruido, aprobado a finales del pasado año, aumenta los niveles exigidos de aislamiento, que deberán ser hasta tres veces superiores a los actuales. Esta normativa afecta a los edificios de nueva construcción, pero los anteriores también pueden reducir la transmisión de ruido gracias a la espuma de poliuretano. Este material posee una gran capacidad de sellado y puede emplearse tanto en puertas como en ventanas, saneamientos, paredes y muros.La espuma de poliuretano es un excelente aislante acústico. Consigue una gran efectividad en la absorción de ruidos e insonorización de la vivienda. Según un estudio del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Ciencia e Investigación (CSIC), sus propiedades acústicas se deben fundamentalmente a su capacidad de sellado, que proporciona muy buenos resultados en el aislamiento frente al ruido aéreo.Otras de las ventajas de las espumas de poliuretano son su peso reducido y su ausencia de goteo en caso de incendio. En cuanto a sus propiedades como aislante acústico, la espuma más adecuada es la de baja densidad y celda abierta, ya que está específicamente diseñada para este tipo de trabajos: “Puede doblar el valor del coeficiente de reducción de transmisión de ruidos de las espumas de celda cerrada, llegando a 0,65″, precisa. Las espumas de celda cerrada son óptimas para el aislamiento térmico, por lo que se puede recurrir a una combinación de ambos tipos para conseguir mejores resultados en aislamiento térmico y acústico.Estas características hacen que la espuma de poliuretano sea un recurso cada vez más utilizado en el sellado de puertas, ventanas y saneamientos, así como en las paredes y muros. Incluso en temperaturas extremas -entre 50ºC bajo cero y 110ºC- mantiene sus propiedades técnicas.

AISLANTES TÉRMICOS EN LA CONSTRUCCIÓN

Un aislante térmico es un material usado en la construcción y caracterizado por su alta resistencia térmica. Establece una barrera al paso del calor entre dos medios que naturalmente tenderían a igualarse en temperatura.

Gracias a su baja conductividad térmica y un bajo coeficiente de absorción de la radiación, el material más resistente al paso de calor es el aire y algunos otros gases. Sin embargo, el fenómeno de convección que se origina en las cámaras de aire aumenta sensiblemente su capacidad de transferencia térmica. Por esta razón se utilizan como aislamiento térmico materiales porosos o fibrosos, capaces de inmovilizar el aire confinado en el interior de celdillas más o menos estancas. Se suelen utilizar como aislantes térmicos específicos materiales combinados de sólidos y gases: fibra de vidrio, lana de roca, vidrio expandido, poliestireno expandido, espuma de poliuretano, aglomerados de corcho, etc. En la mayoría de los casos el gas encerrado es el aire.

Espuma de poliestireno: El material de espuma de poliestireno, es un aislante derivado del petróleo y del gas natural del cual se obtiene el polímero plástico Estireno en forma de gránulos. Para construir un bloque de, por ejemplo, 1 m3, se incorpora en un recipiente metálico una cierta cantidad del material que tiene relación con la densidad final del mismo y al inyectar vapor de agua se expanden los gránulos hasta formar un bloque. Este se corta en placas del espesor deseado para su comercialización mediante un alambre metálico caliente. Dado que es inerte se lo utiliza como sustrato para el cultivo de orquídeas. Debido a su combustibilidad se le incorporan retardantes de llama denominándoselo difícilmente inflamable.Posee un buen comportamiento térmico en densidades que van de 7-10 Kg/m^3 a 30 Kg/m^3.Tiene un coeficiente de conductividad de 0,041 a 0,032 W/m•ºCEs fácilmente atacable por la radiación ultravioleta por lo cual se lo debe cubrir.Posee un pésimo comportamiento acústico.Es muy permeable al vapor de agua.Posee una alta resistencia a la absorción de agua en estado líquido.

Espuma De Poliuretano: Es un material plástico poroso formado por una agregación de burbujas, se forma básicamente por la reacción química de dos compuestos, un poliol y un isocianato, aunque su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha reacción libera dióxido de carbono, gas

que va formando las burbujas.

El poliuretano no tiene símbolo propio por lo cual se ubica en el grupo O de otros.

3

.

Características y usosEs un material muy versátil ya que, según los aditivos y los sistemas de fabricación utilizados, se pueden conseguir características muy distintas y espumas destinadas a usos muy diferentes. Desde los bien conocidos bloques de espuma elástica para colchones hasta espumas casi rígidas para juguetería, automoción o calzados.Para comparar las distintas espumas se suele utilizar mucho la densidad, pero sólo sirve como elemento comparativo cuando se habla de espumas con la misma composición, ya que distintas fórmulas dan características diferentes. En unas espumas se busca la mayor duración posible, en otras el precio más económico, en otras la transpirabilidad, la capacidad aislante, la facilidad de perfilar o dar forma, la ligereza, etc.La espuma de poliuretano tiene múltiples usos en el mundo actual. Algunos de ellos son:

En colchones como relleno principal o como integrante de los acolchados

En muebles en asientos de sofás y sillas, relleno de acolchados, etc.

En la construcción, como aislante térmico o como relleno

En automoción como elemento principal de salpicaderos, asientos, etc.

En muchos artículos más como juguetes, prendas de vestir, esponjas, calzados, almohadas, cojines, envases y en general todo tipo de acolchados o rellenos.

La espuma de poliuretano es conocida por ser un material aislante de muy buen rendimiento. Su aplicación se puede realizar desde la parte inferior o bien desde la parte superior. Genera a partir del punto de humeo ácido cianhídrico, extraordinariamente tóxico para las personas.

• Coeficiente de conductividad térmica: 0,023 W/(m·K)

MONTAJE EXPERIMENTAL

Instrumentos o herramientas:

- Termómetro o multímetro con termistor.- Laminas de espuma de poliestireno.- Laminas de espuma de poliuretano.- Hielo.- Refrigerador.- Silicona.- Pistola para silicona.- Agua.- Tijeras o segueta.- Alfileres.

Se procede en primera instancia a elaborar dos cajas cubicas de 10cm por cada lado, una hecha con espuma de poliestireno y la otra con espuma de poliuretano, para la realización de estas cajas se usan las tijeras o la

segueta dependiendo la maleabilidad del material a cortar, y para el sellado optimo de las cajas cubicas se podemos usar cualquier pegante (en este caso se uso silicona caliente).

Figura 1. Modelado 3D del montaje experimental.

Montaje 1: Cubos de hielo a temperatura ambiente.

Esta experiencia se usa para demostrar cuál de los dos aislantes es mejor referente a la entrada de calor a la casa, suponiendo que la construcción se va a realizar en un lugar de clima cálido y se desea conservar la frescura del lugar por dentro.

1. Realizadas todas y cada una de las cajas, también es conveniente realizar una tapa de el mismo material (PS o PU según corresponda).

2. Se realizan tomas de temperatura ambiente (Ta) y se consignan en la Tabla No 1.

3. Se hace toma de temperatura inicial al interior de cada una de las cajas cubicas (T0) y se consignan del mismo modo en la Tabla No 1.

4. Se colocan cubos de hielo dentro de cada una de las cajas.

5. Pasados dos minutos se hace un nuevo registro de temperatura (Ti) y se guardan en la Tabla No 1, la toma de temperatura se realiza para cada una de las dos cajas cubicas.

6. A partir de esta temperatura se realizan mediciones periódicamente cada 5 minutos hasta llegar a 20 minutos (T5, T10, T15, T20).

7. Por último se realiza una toma de la temperatura final (Tf) pasados 45 minutos después de la primera toma (Ti).

8. Calcular la diferencia de temperatura (ΔT) entre la temperatura final y la inicial (Tf - Ti) del sistema para cada uno de los dos casos.

4

.

Figura 2. Recreación 3D del montaje No. 2

Montaje 2: Agua caliente dentro de congelador

Esta experiencia se realiza de una manera similar a la anterior pero en vez de cubos de hielo se coloca dentro de cada recipiente una pequeña copa o vaso de agua caliente, y cada uno de las cajas cubicas se ubican dentro de un congelador. A diferencia de la anterior experiencia, en esta se desea recrear un clima frio en el cual se desea conservar el calor del interior de una construcción y no dejar que este calor escape al ambiente.

1. Limpiar bien el recipiente y secarlo después de haberlo usado en la anterior experiencia.

2. Se realiza la primera toma de temperatura dentro del congelador (Tc) la cual será nuestra temperatura ambiente.

3. Se llevan los dos recipientes con el vaso o copa de agua dentro en el interior del congelador.

4. Se hace la toma respectiva de la temperatura inicial del agua (T0).

5. Se realizan tomas de temperatura cada 5, 10,15, 20 (T5, T10, T15, T20) y la final a 30 minutos (Tf).

6. Los datos de las temperaturas de esta experiencia son consignados en la Tabla No. 2.

7. Calcular la diferencia de temperatura (ΔT) entre la temperatura final y la inicial (Tf - Ti) del sistema para cada uno de los dos casos.

ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla No1. Registro de Temperaturas montaje 1.

Análisis de la Tabla 1. La anterior tabla nos muestra los datos arrojados por la experiencia numero uno el cual era la de recrear un clima cálido, y en el cual se quería conservar una baja temperatura en cierta construcción en la cual resulto victorioso el poliestireno expandido ya que en el mismo periodo de tiempo (30 minutos), la caja cubica de poliestireno permitió una menor entrada de temperatura hacia el sistema por una diferencia de 0.3ºC a la caja cubica de poliuretano.

Tabla No2. Registro de Temperaturas montaje 2.

Análisis de la Tabla 2. Al igual que la anterior experiencia, el material que resulto victorioso en materia de aislación térmica fue el poliestireno expandido ya que solo permitió que la temperatura del agua disminuyera 22.5ºC a comparación de los 26.3ºC que dejo escapar el poliuretano.

Algunas experiencias realizadas por otros.

La publicación de un artículo en el año 2008 por Rubén Callejo, periodista y especialista en la materia de aislación térmica nos habla de las más importantes cualidades que tienen estos dos materiales (PU y PS), con una vista critica en materia de ventajas y desventajas frente a cada rubro por parte de cada material.

Los temas más interesantes son.

Aislante térmicoPU: La espuma rígida de poliuretano posee muy baja conductividad térmica gracias al gas espumante ocluido en el interior de sus células, aunque tiene que pasar un tiempo hasta que la conductividad se estabilice.

PS: La buena capacidad de aislamiento se debe a su estructura que consiste en aire ocluido dentro de una estructura celular, semejante al poliuretano, con la diferencia que no necesita tiempo para estabilizar su conductividad.

Resistencia al agua y al vapor de aguaPU: La baja absorción de agua por la espuma lo convierte en un aislante no hidrófilo. En relación al vapor de agua, será necesario colocar una barrera de vapor para evitar condensaciones.

5

Poliestireno Expandido

Poliuretano

Ta 14.2ºCT0 13.9ºC 13.3ºCTi 8.8ºC 9.0ºCT5 9.0ºC 9.2ºCT10 9.4ºC 9.6ºCT15 10.0ºC 9.9ºCT20 10.3ºC 10.4ºCTf 11.5ºC 12.0ºC

ΔT=(Tf - Ti) 2.7ºC 3.0ºC

Poliestireno Expandido

Poliuretano

Tc 2.1ºCT0 59.2ºC 59.2ºCT5 51.3ºC 48.2ºCT10 45.8ºC 41.7ºCT15 39.9ºC 37.2ºCT20 35.1ºC 32.4ºCTf 28.8ºC 21.9ºC

ΔT=(Tf - Ti) -22.5ºC -26.3ºC

.

PS: El poliestireno no es higroscópico, incluso sumergiendo el material completamente en agua. El vapor de agua sí puede difundirse en el interior cuando se establecen grandes presiones y temperaturas.

El Dr. Dino Alejandro Pardo, Coordinador Técnico de la zona centro del Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología del Estado de Sonora, nos habla sobre el uso del poliuretano en una guardería, qué efectos puede producirse en los niños que acuden al lugar y hace una pequeña comparación con el poliestireno.“A diferencia de los riesgos inherentes al poliuretano, el poliestireno solo genera agua y dióxido de carbono al quemarse. Es completamente reciclable y permite protección térmica. Más aún, cuando el Poliuretano es espreado en obra, su densidad es por lo general muy baja, y su capacidad de aislamiento térmico es menor a del Poliestireno. La resistencia térmica del poliuretano decae con el tiempo casi dos veces más rápido que la del poliestireno. Exceptuando la espuma hormigón, el poliuretano produce gases tóxicos aún a temperatura ambiente como el isobutano. Es decir, el poliestireno es más seguro para el humano, inerte y recomendable para protección contra incendio y en la mayoría de los casos más barato.”

CONCLUSIONES

Además de sus propiedades aislantes térmicas, también por su economía y su asequibilidad, el poliestireno es mejor aislante térmico.

El espacio de trabajo es indispensable para la elaboración y toma de datos en cualquier experimento, se necesita que este espacio sea amplio de ambiente calmado y en el cual no haya ningún tipo de interrupciones ni que haya cambios bruscos en su temperatura.

Los datos tomados para estos experimentos y los cálculos realizados de los mismos nos demuestran que son dependientes de las condiciones del medio en el cual se esté llevando a cabo.

Con estos elementos y el apropiado análisis de los cálculos realizados, los resultados que se obtienen son concluyentes y se ajustan muy bien a la teoría.

6