El uso de materiales aislantes es el primer paso para reducir la energía requerida para mantener una buena temperatura en el interior de un edificio y alcanzar la eficiencia energética. El objetivo es diseñar materiales para aislamiento acústico y térmico baratos, biodegradables y reciclables como los basados en fibras naturales. En este trabajo se estudian las propiedades térmicas y acústicas de no tejidos basados en fibras de fique, de coco y de algodón reciclado a partir de tejido denim. Se proponen posibles usos para los materiales fabricados basados en las exigencias del Código Técnico.
Insulation materials are the first step towards energy efficiency and reducing energy consumption on buildings. The goal of this research is to design acoustic and thermal insulation materials which fulfill several criteria, low cost, biodegradable and recyclable, such as natural fiber-based materials. Thermal and acoustic properties of several nonwovens developed from fique, coir and recycled cotton from denim were characterized. Possible uses are proposed for the manufactured materials bases on the requirements of the Spanish Building Code.
La necesidad de confort en el interior de los recintos ha favorecido el desarrollo de técnicas y materiales para el aislamiento térmico y acústico. Además el aislamiento térmico influye en el plan general de la lucha contra el despilfarro energético. Las ideas de sostenibilidad, eficiencia energética y de respeto por el medio ambiente han calado en la sociedad y esto obliga en el sector de la construccion, entre otros, al desarrollo de nuevos materiales. En este punto, el papel social del arquitecto es de gran relevancia, sus decisiones para la selección e integración de los distintos materiales en el edificio pueden tener implicaciones importantes para el medio ambiente. El uso de materiales aislantes es el primer paso para reducir la energía requerida para mantener una buena temperatura en el interior y alcanzar la eficiencia energética. El mercado de los aislantes térmicos se encuentra en auge, debido en su mayor parte a estas exigencias y campañas a favor de los edificios de demanda energética nula. Los distintos fabricantes han supuesto el motor del cambio en el campo de la construcción. Cada fabricante intenta ofrecer nuevos productos con mejores prestaciones para dar solución a estas necesidades.
Los materiales aislantes térmicos se caracterizan por una baja conductividad térmica y por sus características algunos son empleados a la vez para el aislamiento térmico y acústico. Por ello, cada vez más el objetivo es diseñar materiales con un alto rendimiento acústico y térmico y que sean baratos, biodegradables y reciclables. En esta línea se encuentran los materiales basados en fibras naturales. Estos materiales no contienen plásticos ni ningún componente derivado del petróleo. Tampoco contienen sustancias o aditivos que puedan ser perjudiciales para la salud. Sin embargo tienen algunos inconvenientes como menor resistencia mecánica que las fibras sintéticas y alta absorción de humedad. La clasificación de las fibras está relacionada con la parte de la planta que se aprovecha: procedente del fruto y semillas, procedente del tallo y procedente de las hojas (
Las fibras naturales pueden tejerse para producir un tejido o apelmazarse para producir un no tejido. El no tejido está constituido por una red de fibras unidas por procedimientos mecánicos, térmicos o químicos pero sin ser tejidas y sin que sea necesario convertir las fibras en hilo. El resultado es una lámina de fibras flexibles y porosas sin trama (
En este apartado se describen las características de las fibras utilizadas y el método de fabricación de las muestras a partir de las fibras.
A continuación se describen brevemente las características y propiedades de las fibras utilizadas:
La principal aplicación de la fibra de algodón es la elaboración de ropa. La función de la ropa es proteger el cuerpo humano del frío y del calor por lo que el estudio de estas fibras debe basarse en esta premisa (
A partir de las fibras descritas se han elaborado muestras de no tejido unidas de manera mecánica mediante una punzonadora. La punzonadora permite la fabricación de no tejidos sin utilizar ningún tipo de ligante. En el proceso de fabricación las fibras pasan a través de un mecanismo de agujas que se introducen en medio de las fibras y gracias al movimiento alternado de las agujas que poseen pequeños ganchos salientes, las fibras se entrelazan entre sí (
En la
La conductividad térmica Λ de las muestras fabricadas se midió por medio de un medidor de flujo de calor modelo HFM 436
Las medidas de rigidez dinámica se realizaron de acuerdo con la norma UNE EN 29052-1 (
donde
Para la medición del coeficiente de absorción α se ha utilizado una pistola de impedancia. Esta técnica, comercializada por Microflown Thecnologies consiste en un altavoz esférico de 11 cm de diámetro y una sonda PU (presión-velocidad) (
La pistola de impedancia permite caracterizar de forma fácil y rápida el coeficiente de absorción de un material independientemente de su ubicación siempre que su superficie sea superior a 20 cm x 20 cm y no requiere de preparación previa de las muestras. Esta técnica ofrece resultados comparables a los de un tubo de impedancia a partir de los 400 Hz (
Como ya se ha indicado una de las medidas para disminuir el consumo energético de un edificio es dotarlo de un aislamiento térmico adecuado. Desde el punto de vista térmico el CTE en su DB-HE clasifica los productos mediante su conductividad térmica
En la
Materiales | Λ (W/m×K) a 10ºC |
---|---|
Fique | 0,039 |
Coco | 0,041 |
Denim | 0,038 |
Fibra de vidrio | 0,040 |
Lana de roca | 0,038 |
Espuma de poliuretano | 0,029 |
EPS | 0,039 |
Corcho | 0,040 |
Es importante estudiar el efecto de la temperatura y la humedad sobre el valor de la conductividad térmica. En la
Cuando se analiza una vivienda energéticamente, el espesor del aislamiento térmico es una de las cuestiones básicas. El espesor óptimo del aislante debe tener en cuenta, entre otros, el tipo de edificio, las condiciones climáticas, los materiales de construcción, con el objetivo de reducir el consumo anual de energía para calentar o enfriar un edificio (
Fibra |
|
|
Secciones |
---|---|---|---|
Fique | 0,37 | 0,70 |
|
Coco | 0,39 | 0,74 | |
Denim | 0,36 | 0,68 | |
Fique | 0,36 | 0,67 |
|
Coco | 0,38 | 0,71 | |
Denim | 0,35 | 0,65 | |
Fique | 0,35 | 0,63 |
|
Coco | 0,37 | 0,67 | |
Denim | 0,34 | 0,62 |
Desde el punto de vista acústico se discuten las posibilidades de uso de los materiales fabricados para
Material | Rigidez Dinámica (MN/m3) | Frecuencia resonancia |
|
---|---|---|---|
Fique | 5 | 98 | 12,1 |
Coco | 4 | 93 | 12,5 |
Denim | 6 | 105 | 11,5 |
Lana de roca | 6 | 106 | 11,4 |
Para describir el aislamiento a ruido aéreo de los elementos constructivos se utiliza el índice global de reducción sonora
Para elementos estructurales básicos con un índice de reducción sonora en el rango de 20 a 60 dB,
Los valores de
En la
Para impedir la transmisión de ruido de impactos los elementos de separación horizontales suelen contar con un suelo flotante. El material aislante a ruido de impactos en un suelo flotante suelen ser materiales elásticos y flexibles, generalmente poliuretano, características que comparten los materiales fabricados a partir del fique, coco y denim. La reducción del nivel de presión sonora de impactos
Para suelos flotantes en asfalto o construcciones de suelo flotante seco, los valores se pueden calcular haciendo uso de la fórmula:
En las
Dependiendo de la densidad del forjado el Código Técnico exige que el suelo flotante tenga una mejora u otra con respecto a los aislamientos a ruido de impactos y a ruido aéreo. Según el DB-HR para forjados homogéneos aligerados de masa menores, a partir de 175-180 kg/m2, y en el caso más desfavorable se requieren mejoras en el aislamiento acústico a ruido de impactos por encima de 26 dB, valores que se conseguirían con todos los materiales fabricados (véase
Es importante tener en cuenta que el aislamiento acústico obtenido para un elemento constructivo in situ es, en general, menor que el aislamiento acústico teórico. Esto se debe a que el aislamiento acústico final depende no sólo de los elementos constructivos proyectados para la separación sino también de los encuentros entre ellos y de la calidad de su ejecución. El tipo y calidad de la conexión entre elementos fija la transmisión acústica indirecta o por flancos. El CTE indica que aunque esta diferencia puede variar sensiblemente en funcion de los tipos constructivos, de modo orientativo, puede decirse que es superior en 5 dBA. Por ejemplo, en un elemento separador de doble hoja, el tipo de material absorbente que se instala en la cámara pierde relevancia frente a la desolidarización de los cerramientos mediante bandas perimetrales. En este tipo de cerramientos o medianeras el camino dominante de la transmisión del sonido es el que conecta la hoja interior con los elementos de separación horizontales. Si este camino no se anula adecuadamente, el resto de materiales que se coloquen en la solución no aportarán ninguna mejora.
Los valores numéricos medidos para el coeficiente de absorción
Coeficiente de absorción |
||||
---|---|---|---|---|
Fique | Coco | Denim | Lana de roca | |
|
0,19 | 0,21 | 0,08 | 0,02 |
|
0,12 | 0,15 | 0,06 | 0,16 |
|
0,29 | 0,31 | 0,26 | 0,30 |
|
0,46 | 0,40 | 0,71 | 0,85 |
|
0,85 | 0,77 | 0,96 | 0,80 |
|
0,87 | 0,82 | 0,96 | 0,90 |
|
0,43 | 0,41 | 0,51 | 0,53 |
Durante la selección de un material además de sus propiedades acústicas y térmicas se deben tener en cuenta otros factores como la disponibilidad, el impacto energético o el coste. El factor económico condiciona totalmente la arquitectura y por tanto, la selección de los materiales. Este factor es muy variable en todos los aspectos ya que no sólo depende del material, sino también del fabricante, el transportista, las dimensiones, la ubicación y el tipo de obra que tendrán gran influencia sobre el presupuesto. En cada obra se deberán seleccionar materiales que cumplan con los requerimientos y que se ajusten al presupuesto con el que se cuente, lo que influirá mucho en la selección del material. Se ha realizado una estimación del coste de fabricación de las muestras basados exclusivamente en el coste de mano de obra, en el coste de la materia prima y en la energía eléctrica consumida para su fabricación. Cada panel de 25 x 25 cm tendría un coste aproximado de 1€ de manera que por metro cuadrado el coste sería de aproximadamente 16€. En la
Muestras fique, coco y denim | 16 € /m2 |
Poliestireno expandido | 3,2 € /m2 |
Poliestireno extraído | 9,6 € /m2 |
Fibra de vidrio | 3,2 € /m2 |
Lana de roca | 3,6 € /m2 |
Espuma de poliuretano | 11 € /m2 |
No obstante, aunque se puede estimar el coste de producción, solo después de definir y estudiar un posible producto comercial este análisis se puede hacer con propiedad. Es importante considerar todos los factores, beneficios y repercusiones a largo plazo a través de un análisis del ciclo de ida. La evaluación del ciclo de vida (Life Cicle Assesment LCA) implica evaluar los impactos ambientales de un producto, proceso o actividad de manera integral, observando el ciclo de vida completo del producto o del proceso desde la extracción de las materias primas hasta su eliminación (
Se han fabricado muestras de no tejidos basados en tres fibras naturales: fique, coco y algodón, estas últimas recicladas a partir de tejido denim. Para su fabricación se ha propuesto el punzonado, una técnica de unión mecánica sin ligante. De estos materiales se ha medido la conductividad térmica, la rigidez dinámica y el coeficiente de absorción sonora. Se han obtenido valores comparables a los que presentan los aislantes térmicos y acústicos usados habitualmente en construcción. También se ha estimado su coste basados en el proceso de fabricación seguido. En resumen, se han presentado las fibras naturales como materia prima y una técnica de fabricación, el punzonado, que pueden constituir una buena alternativa para reducir el consumo de energía y el uso de materiales medioambientalmente nocivos y de esta manera contribuir a la sostenibilidad del edificio. En esta misma línea, uno de los objetivos de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible se basa en hacer que los asentamientos humanos sean inclusivos, seguros, resistentes y sostenibles. El uso de materiales locales junto con los recursos renovables son algunos de los puntos clave lo que refuerza el desarrollo y utilización de este tipo de materiales.
No obstante, quedan aspectos comerciales, así como propiedades físicas que se han de tratar y analizar en detalle. Para definir un producto comercial propiedades como la resistencia a la compresión, al vapor de agua, el comportamiento frente al fuego… también han de ser estudiados. En este sentido, los materiales desarrollados presentan algunos inconvenientes importantes y que habría que abordar y solucionar para poder extender su uso en construcción. Por ejemplo, su naturaleza hidrófla puede resultar en el debilitamiento de las propiedades de la fibra. Es por ello que, en algunos casos las fibras naturales tienen que ser modificadas y/o tratadas con el fin de dotarlas de propiedades de las que carecen por naturaleza como impermeabilidad, características ignífugas o estabilidad térmica. La resistencia al fuego se obtiene normalmente utilizando aditivos que contienen con frecuencia fósforo, cloro o bromo. También deben ser sometidos a tratamiento de protección contra el ataque de xilófagos, hongos y otras agresiones biológicas.
No obstante, la sostenibilidad es muy importante en la industria de la construcción y crece la preocupación de la sociedad en este sentido. Si los edificios se diseñan y operan adecuadamente, se pueden lograr ahorros significativos de energía. Los materiales de aislamiento térmico tienen un papel importante y son el primer paso lógico para reducir la energía requerida para mantener una buena temperatura interior logrando así, una mejor eficiencia energética. También es importante subrayar de nuevo que poco importa el material aislante elegido, si el método y la calidad de la construcción no son los adecuados ya que éstos últimos fijarán el rendimiento del producto terminado.