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La respuesta breve
Para determinar si una conductividad térmica es «lo suficientemente baja», no basta con fijarse en una sola cifra. Hay que plantearse dos preguntas: ¿cumple el material los requisitos básicos para el aislamiento térmico? ¿Y cómo se sitúa su valor respecto al de otros aislantes?
¿Cumple el material los requisitos básicos para el aislamiento térmico?
Según determinadas especificaciones técnicas para el aislamiento de equipos y tuberías, los materiales con una conductividad térmica inferior a aproximadamente 0,12 W/(m·K), en condiciones de funcionamiento definidas, pueden clasificarse como materiales aislantes térmicos. Sin embargo, el umbral exacto depende de la norma aplicable, la temperatura media, el tipo de material y el uso previsto.
Por tanto, 0,12 W/(m·K) no es un umbral universal para todos los aislantes y todas las aplicaciones.
¿Cómo se sitúa el valor respecto al de otros aislantes?
En la práctica de la ingeniería, los valores de conductividad térmica pueden agruparse en varios intervalos orientativos para comparar las prestaciones de los materiales.
Principales intervalos de conductividad térmica de los aislantes
1）0,040–0,045 W/(m·K): un intervalo habitual en los aislantes convencionales
Muchos materiales aislantes convencionales se encuentran en este intervalo.
Sus prestaciones térmicas suelen depender en gran medida del aire atrapado y relativamente inmóvil. Las estructuras fibrosas o las espumas poliméricas forman poros o celdas que limitan el movimiento del aire y reducen la transferencia de calor.
En este grupo pueden incluirse ciertas lanas minerales, polímeros expandidos y otros productos aislantes convencionales.
2）0,030–0,035 W/(m·K): aislantes convencionales de altas prestaciones
Los materiales de este intervalo suelen utilizar estructuras o formulaciones más avanzadas. La composición química y la microestructura adquieren una importancia creciente. Por ejemplo:
El EPS modificado con grafito incorpora aditivos que absorben o reflejan la radiación infrarroja y ayudan a reducir la transferencia de calor por radiación.
Las espumas rígidas de PUR y PIR pueden presentar estructuras de celdas cerradas que contienen gases de expansión cuya conductividad térmica es inferior a la del aire.
3）Alrededor de 0,026 W/(m·K): la referencia del aire en reposo
El aire seco y en reposo, a una temperatura próxima a la ambiente, tiene una conductividad térmica de aproximadamente 0,026 W/(m·K).
Es una referencia importante porque muchos aislantes convencionales fibrosos o celulares deben gran parte de sus prestaciones a la retención de aire.
Este valor no representa un límite físico absoluto para todos los aislantes. Al controlar el tamaño de los poros, la composición del gas, la presión o la estructura a escala nanométrica, los materiales avanzados pueden reducir la transferencia de calor en fase gaseosa por debajo del nivel del aire en reposo no confinado.
4）Aproximadamente 0,015–0,020 W/(m·K): aislantes nanoporosos
Los materiales nanoporosos de altas prestaciones pueden alcanzar una conductividad térmica inferior a la del aire en reposo.
Los aerogeles de sílice a escala de laboratorio pueden alcanzar valores de aproximadamente 0,012–0,015 W/(m·K) en condiciones adecuadas. Muchos materiales compuestos a base de aerogel utilizados en la práctica, así como otros aislantes nanoporosos, se sitúan en el intervalo de aproximadamente 0,015–0,020 W/(m·K).
Y-Warm es un material aislante térmico flexible y nanoporoso con una conductividad térmica de aproximadamente 0,020 W/(m·K) en condiciones de ensayo especificadas.
5）Aproximadamente 0,004–0,008 W/(m·K): sistemas de aislamiento al vacío
Los paneles de aislamiento al vacío (VIP) pueden alcanzar una conductividad térmica efectiva de aproximadamente 0,004–0,008 W/(m·K).
El término «efectiva» es esencial: estos valores describen las prestaciones de un sistema de aislamiento que combina un núcleo sometido a vacío con una envoltura estanca a los gases. No representan la conductividad térmica intrínseca de un único material homogéneo.
¿Qué condiciones hay que tener en cuenta?
Un valor de conductividad térmica solo puede interpretarse correctamente si se conocen las condiciones en las que se midió.
1）Temperatura
La conductividad térmica depende de la temperatura. En muchos aislantes, aumenta a medida que se eleva la temperatura media.
La lana de roca, por ejemplo, puede tener una conductividad térmica de aproximadamente 0,035–0,040 W/(m·K) cerca de la temperatura ambiente. A varios cientos de grados Celsius, el valor puede ser considerablemente mayor.
Incluso en torno a la temperatura ambiente, las diferencias en la temperatura media de ensayo pueden afectar al resultado indicado. Por eso, los valores de λ medidos a distintas temperaturas no deben compararse sin los ajustes correspondientes.
La pregunta importante no es solo «¿Cuál es la conductividad térmica?», sino también «¿A qué temperatura media se midió este valor?».
2）Envejecimiento y contenido de humedad
Las propiedades de algunos aislantes cambian con el tiempo.
Las espumas rígidas de poliuretano y PIR, por ejemplo, pueden contener inicialmente gases de expansión de baja conductividad térmica en sus celdas. A medida que estos gases se difunden hacia el exterior y son sustituidos por aire, la conductividad térmica puede aumentar. Por eso, los valores a largo plazo o tras el envejecimiento suelen ser más significativos que los medidos en productos recién fabricados.
La humedad puede tener un efecto aún mayor. El agua líquida tiene una conductividad térmica de aproximadamente 0,6 W/(m·K), muy superior a la del aire en reposo. Si un aislante absorbe agua o se humedece, su conductividad térmica efectiva puede aumentar considerablemente.
Los valores de conductividad térmica en estado seco y en estado húmedo no son intercambiables.
3）Valor inicial, valor declarado y valor de diseño
Un mismo producto aislante puede tener varios valores de λ asociados.
Valor inicial: el valor medido poco después de la fabricación.
Valor declarado: un valor de prestaciones declarado por el fabricante, determinado según la norma de producto correspondiente y los requisitos estadísticos o de envejecimiento.
Valor de diseño: el valor que utilizan los ingenieros en los cálculos de diseño después de considerar factores como la temperatura, la humedad, el envejecimiento y las condiciones de instalación.
Por este motivo, dos fichas técnicas pueden indicar conductividades térmicas diferentes aunque los materiales de base sean similares.
4）Requisitos de la aplicación
El significado de una conductividad térmica «baja» depende del uso previsto.
En el aislamiento de edificios, donde puede disponerse de un espesor considerable, un material con un valor de λ de 0,035–0,040 W/(m·K) puede ofrecer una excelente resistencia térmica global si se utiliza con un espesor suficiente.
En prendas de vestir, calzado y guantes, en el sector aeroespacial o en equipos compactos, el espacio disponible puede limitarse a unos pocos milímetros. La pregunta técnica pasa a ser: ¿qué resistencia térmica puede proporcionar el material con un espesor y un peso muy limitados?
Y-Warm, por ejemplo, está diseñado como un material aislante fino y flexible para aplicaciones en las que importan el espacio disponible, la flexibilidad y la comodidad de uso. Algunos productos Y-Warm tienen un espesor de aproximadamente 0,7 mm, lo que permite integrar una capa aislante en los productos sin depender exclusivamente de estructuras voluminosas y mullidas.
En el caso de la ropa, sin embargo, la capacidad de abrigo global no debe evaluarse únicamente a partir de la conductividad térmica del material. También importan la resistencia térmica de la prenda, su confección y ajuste, las capas de aire, las condiciones de humedad y las mediciones de la prenda completa, expresadas, por ejemplo, en clo.
Conclusión
No existe un umbral único y universal que permita definir una conductividad térmica como «baja». Como orientación general de ingeniería, pueden utilizarse los siguientes intervalos:
0,040–0,045 W/(m·K): un intervalo típico de muchos aislantes convencionales.
0,030–0,035 W/(m·K): un intervalo asociado a los aislantes convencionales de altas prestaciones.
Alrededor de 0,026 W/(m·K): la referencia del aire en reposo cerca de la temperatura ambiente.
0,015–0,020 W/(m·K): un intervalo característico de determinados aislantes nanoporosos de altas prestaciones.
0,004–0,008 W/(m·K): un intervalo alcanzable con sistemas de aislamiento al vacío en condiciones adecuadas.
Cualquier valor de conductividad térmica debe interpretarse considerando la temperatura, el método de ensayo, el envejecimiento, el contenido de humedad, el espesor y las condiciones de aplicación.
En la práctica de la ingeniería, el material más adecuado es el que proporciona la resistencia térmica requerida y cumple los requisitos de espesor, peso, durabilidad, facilidad de fabricación, seguridad, confort y coste. El valor de λ más bajo, por sí solo, no determina la mejor elección.
Preguntas frecuentes
1）¿Se considera baja una conductividad térmica de 0,04 W/(m·K)?
Sí. En comparación con los materiales estructurales habituales, un valor de aproximadamente 0,04 W/(m·K) suele considerarse bajo y se sitúa en el intervalo habitual de los productos aislantes convencionales.
Que sea suficientemente bajo depende de la aplicación. En una pared de edificio que permita utilizar varios centímetros de aislante, 0,040 W/(m·K) puede ser totalmente adecuado. Si solo se dispone de unos pocos milímetros de espesor, una conductividad térmica más baja puede cobrar mucha más importancia.
2）¿Qué significa la referencia del aire en reposo de 0,026 W/(m·K)?
Corresponde aproximadamente a la conductividad térmica del aire seco y en reposo, a una temperatura próxima a la ambiente y a presión atmosférica.
Muchos aislantes porosos tradicionales funcionan reteniendo el aire y limitando su movimiento, por lo que este valor constituye una referencia importante.
Los materiales nanoporosos avanzados pueden confinar el gas en poros extremadamente pequeños y reducir así la conducción térmica en fase gaseosa por debajo del nivel del aire en reposo no confinado.
3）La conductividad térmica de dos aislantes solo difiere en 0,003 W/(m·K). ¿Merece la pena pagar más por el valor inferior?
Depende de la aplicación. Si el espesor puede aumentarse fácilmente, una pequeña diferencia en λ puede compensarse utilizando un poco más de material.
En cambio, con un espesor fijo, incluso una diferencia relativamente pequeña en la conductividad térmica puede producir una diferencia significativa en la resistencia térmica.
Por tanto, la comparación debe considerar, además de λ, el valor R requerido, el espesor disponible, el coste por unidad de superficie, el peso, la durabilidad, las restricciones de instalación y las prestaciones a largo plazo.
4）¿Por qué los fabricantes indican conductividades térmicas diferentes para materiales similares?
Las diferencias pueden deberse a la temperatura media de ensayo, el método de ensayo, la densidad, el espesor de la muestra y su contenido de humedad. Además, los valores pueden corresponder a las prestaciones iniciales o tras el envejecimiento, o bien ser valores declarados o valores de diseño.
Para que la comparación sea significativa, las condiciones de ensayo deben ser comparables. También hay que saber qué tipo de valor se está indicando.
5）¿Cuál es la diferencia entre el valor declarado y el valor de diseño?
El valor declarado es un valor normalizado de las prestaciones del producto, indicado según la norma de producto correspondiente.
El valor de diseño es el que utilizan los ingenieros después de aplicar correcciones para las condiciones reales de funcionamiento, como la temperatura, la humedad, el envejecimiento y la instalación.
Por tanto, el valor de diseño puede ser superior al valor declarado.
6）¿Por qué los paneles de aislamiento al vacío no se utilizan en todas partes si tienen una conductividad térmica tan baja?
Los VIP ofrecen unas prestaciones térmicas elevadas, pero también presentan limitaciones prácticas, que pueden incluir:
sensibilidad a perforaciones o daños en la envoltura estanca;
pérdida de prestaciones si se deteriora el vacío;
posibilidades limitadas de cortar o modificar los paneles en el lugar de instalación;
puentes térmicos en los bordes y las juntas;
costes más elevados;
requisitos de instalación más complejos.
La solución con la conductividad térmica efectiva más baja no es, por tanto, siempre la más práctica.
7）¿Se evalúa igual una conductividad térmica baja en el aislamiento de edificios y en el industrial?
No. Los aislantes para edificios suelen evaluarse en condiciones próximas a las temperaturas normales de servicio. Los aislantes industriales, en cambio, pueden funcionar a temperaturas mucho más altas o más bajas.
Un material con una conductividad térmica de 0,08 W/(m·K) a una temperatura media de 300 °C puede ser adecuado para una aplicación industrial a alta temperatura. Sin embargo, ese valor no se consideraría especialmente bajo para el aislamiento de edificios a temperatura ambiente.
Siempre debe tenerse en cuenta la temperatura de uso.
8）¿La conductividad térmica más baja garantiza el mejor aislamiento y la mayor eficiencia energética?
No. Un valor de λ bajo describe principalmente la capacidad del material para limitar la transferencia de calor por conducción.
Las prestaciones reales del sistema también dependen del espesor del material, la transferencia de calor por radiación, la convección, los puentes térmicos, las juntas y costuras, la humedad, la calidad de la instalación, el envejecimiento y la durabilidad mecánica.
Por tanto, el valor de λ más bajo no garantiza el mejor sistema de aislamiento en condiciones reales.
9）¿Se puede evaluar la capacidad de abrigo de una prenda mediante la conductividad térmica?
La conductividad térmica permite caracterizar el propio material aislante, pero no describe por completo la capacidad de abrigo de una prenda confeccionada. En la ropa, la resistencia térmica global suele ser más relevante.
Una unidad de uso habitual es el clo:
1 clo = 0,155 m²·K/W
El valor en clo de una prenda refleja el aislamiento térmico del conjunto, teniendo en cuenta las capas de material, el aire atrapado, la confección y el ajuste.
