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Ensayos experimentales para cuantificar el efecto térmico de distintos
espesores de pinturas aislantes
1. Introducción
El objeto del presente estudio es comprobar la capacidad de aislar térmicamente de Fritermol C, un
sistema de impermeabilización de cubiertas que se aplica en forma líquida y que se compone de tres
capas:
1ª Capa: Fritermol GF: Es la primera capa que se aplica del sistema con un consumo de 1 l/m2 por
1mm de espesor, el cual representa la misma composición que Fritermol (2ª capa) pero sin la
incorporación de esferas de poliestireno expandido. El espesor mínimo de esta capa será de 0.6mm.
2ª Capa: Fritermol: Formado por un copolímero estireno-acrílico mono-componente en dispersión
acuosa, con cargas y pigmentos minerales, aditivos y pequeñas bolas de poliestireno expandido
(ø≤2mm); el cual una vez polimerizado conforma un revestimiento elástico, en forma de una capa
totalmente adherida al soporte (hormigón, mortero, cerámica, metal). El espesor mínimo aplicado
debe ser superior de 8.5mm y el rendimiento mayor de 9 l/m2 (1l/m2 x 1mm).
3ª Capa: Fritermol GF: Finalmente se le da una capa de acabado con la misma composición que la
primera capa.
La capacidad de Fritermol C de aislar térmicamente está condicionada por los espesores de
aplicación de cada una de las tres capas. En el presente estudio se han ensayado tres muestras de
Fritermol C, atendiendo a las siguientes combinaciones de espesores:
Muestra nº1 (1+4+1): 1ª capa de 1mm, 2ª capa de 4mm, 3ª capa de 1mm
Figura 1: Espesores de las tres capas en la muestra nº2
J. Alonso Burgal, R. Royo Pastor
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2. Instalación y procedimiento experimental
Para cuantificar el efecto aislante de las tres muestras de pintura Fritermol C se han utilizado
probetas de ensayo sometidas a temperaturas controladas y estacionarias. Para ello se ha utilizado el
siguiente procedimiento experimental:
a. Diseño y fabricación de las probetas de ensayo
Cada probeta ha sido fabricada con chapa de acero galvanizado de 2mm de espesor y geometría
cilíndrica con 400mm de base y 500mm de altura (figura 2).
Figura 2: Interior de la probeta de ensayo
b. Aplicación de diferentes espesores de Fritermol C sobre cada una de las probetas
El recubrimiento de cada probeta ha sido realizado por personal cualificado, siguiendo las
instrucciones que se recogen en las especificaciones técnicas del producto (figura 3).
Figura 3: Probetas recubiertas de Fritermol C
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c. Ensayo experimental de las muestras de Fritermol C
La instalación requerida para el ensayo de Fritermol C se basa en el principio de los bancos de
ensayos calorimétricos, constando de instrumentación para medida y adquisición tanto de
temperaturas como de potencias.
En primer lugar se ha instrumentado cada probeta con un total de de 16 termopares tipo K para
medir las temperaturas interiores y exteriores, tanto de las superficies como del aire. Dichas
temperaturas se registran en tiempo real mediante un sistema de adquisición de datos y
computación (figura 4).
Figura 4: Instrumento de medida y registro de
temperaturas mediante termopares tipo k
Figura 5: Instrumento de medida y registro de la
potencia eléctrica consumida.
En el interior de cada probeta se ha colocado una resistencia eléctrica recubierta de un material bajo
emisivo para reducir el intercambio térmico interno por radiación y así incrementar la temperatura
del aire interior (figura 6), lo cual favorece la diferencia de temperaturas a ambos lados de la
muestra de Fritermol C e incrementa la fiabilidad de los cálculos realizados. La potencia de dicha
resistencia ha sido medida y registrada durante el ensayo mediante un vatímetro (figura 5),
manteniéndose prácticamente constante.
Figura 6: Fuente de calor interna
Las probetas se han colocado sobre una superficie aislante recubierta de un material bajo emisivo
para reducir al máximo las pérdidas de calor a través de la base, y tratar así de reducir al máximo las
posibles incertidumbres, puesto que para los cálculos es fundamental asegurar que toda la potencia
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generada por la resistencia eléctrica se disipa por la pared lateral del cilindro y por la tapa superior
(figura 7).
Figura 7: Probeta de ensayo sobre base aislante
Partiendo de la muestra a temperatura ambiente, cada 30 segundos se han registrado las
temperaturas indicadas por los termopares durante el ensayo. A partir de las tres horas de
calentamiento se llega al estacionario y las temperaturas superficiales permanecen constantes.
Dichas temperaturas son las utilizadas para realizar los cálculos posteriores. En la figura 9 se
muestra la evolución temporal de las medidas registradas por 4 de los 16 termopares con los que se
ha instrumentado cada probeta.
Figura 9: Evolución temporal de 4 de los 16 sensores de temperatura con los que se ha instrumentado cada probeta.
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Dado que las muestras de Fritermol C no adquieren una temperatura uniforme, sino que viene
determinada por la convección natural que existe en el interior de la probeta, se ha recurrido al uso
de una cámara termográfica para registrar las temperaturas superficiales exteriores y así poder hacer
un promedio exacto para cada una de las superficies.
La cámara termográfica utilizada es una Flir S65 con una óptica de 24º (figura 8). Utiliza un detector
con 320 x 240 píxeles de resolución e incluye tres rangos de trabajo entre -40 y 1500ºC.
Figura 10: Cámara termográfica FLIR S65.
A continuación se muestra un ejemplo de la evolución temporal de la temperatura media de una de
las muestras a lo largo del ensayo. El gradiente térmico observado es debido a la convección natural
en su interior.
Figura 9: Evolución temporal de la temperatura media de una muestra de Fritermol C (nótese que la imagen está
girada 90º).
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Por último, es importante remarcar que se ha realizado un ensayo base sin ningún tipo de
aislamiento y que sirve como referencia para mostrar el efecto aislante de la pintura. Para ello se ha
utilizado una probeta sin recubrimiento de Fritermol C, y únicamente pintada con pintura plástica
negra mate.
Figura 11: Probeta utilizada sin recubrimiento de pintura Fritermol C.
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3. Resultados y conclusiones
Se han comparado en primer lugar las temperaturas obtenidas en las tres muestras con las obtenidas
en la probeta sin recubrimiento. Dado que la potencia interna ha sido la misma en todas ellas, las
muestras que presenten mejor aislamiento alcanzarán temperaturas interiores mayores.
La primera muestra en ser analizada ha sido la de muestra nº1. Aún siendo la de menor espesor de
las tres, consigue incrementar en 10 grados la temperatura de la superficie interior (figura 12).
T punto medio sup lat int, °C
60
50
40
1+4+1mm
30
Sin Fritermol C
20
10
0
50
100
150
200
Tiempo, min
Figura 12: Comparativa de la evolución temporal de las temperaturas en el punto medio de la superficie lateral de la
probeta sin Fritermol C con la muestra nº1.
Esta comparación se ha realizado para todas las muestras, tanto para la superficie lateral como para
la tapa superior de cada una. A continuación se muestran los resultados expresados en forma de
diferencia de temperatura (∆T) entre las superficies interiores y la del aire exterior (figura 13):
40
35
30
∆T, K
25
20
∆T tapa superior, K
15
∆T superficie lateral, K
10
5
0
Sin Fritermol C
1+4+1mm
1+6+1mm
1+8+1mm
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Sin Fritermol C 1+4+1mm 1+6+1mm 1+8+1mm
∆T tapa superior, ºC
∆T superficie lateral, ºC
17.6
13.4
31.8
23.9
32.6
25.2
33.8
26.0
Figura 13: Diferencias medias de temperatura entre la superficie interior y el aire exterior.
Como cabía esperar a medida que se incrementa el espesor de Fritermol C también lo hacen las
diferencias de temperatura, llegando prácticamente a duplicar los ∆T alcanzados en la probeta sin
Fritermol C. Estos resultados ponen de manifiesto la capacidad aislante de Fritermol C en los tres
espesores considerados.
Dicha capacidad de aislamiento viene determinada por la conductividad térmica de Fritermol C, un
parámetro que puede llegar a calcularse a partir de los resultados experimentales obtenidos
aplicando las ecuaciones fundamentales de transmisión de calor por conducción, convección y
radiación
Un primer cálculo de la conductividad térmica ha mostrado resultados entorno a 0.14 W/m2 K,
muy superior al obtenido por el Instituto Eduardo Torroja (0.073 W/m2 K /). Tras revisar el
procedimiento en detalle así como cada una de las medidas tomadas se ha observado que el origen
de la desviación es debido a que los espesores de las muestras no coinciden con los espesores de
diseño. Valgan como ejemplo las imágenes tomadas en las figuras 14 y 15. En la figura 14 se
muestra una medida de espesor de la muestra nº3 en la que el espesor total de Fritermol C sumado
a los 2mm de la chapa metálica debería dar un total de 12mm. En cambio, la medida obtenida es
inferior a 10mm, lo cual indica que la capa de Fritermol C es menor de 8mm, cuando teóricamente
debería ser de 10mm.
Figura 14: Medida de espesor de la muestra nº3
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La visualización de estas variaciones de espesor puede conseguirse provocando un calentamiento
uniforme en el interior de la muestra, tal y como se ha realizado en la muestra nº2 (figura 15), de
manera que las zonas que aparecen más calientes en la imagen son indicativas de un menor espesor
de Fritermol C.
Figura 15: Diferencias de temperatura provocadas por diferencias de espesor de Fritermol C en una de las caras
laterales de la muestra nº2
A continuación se indican los valores de espesor encontrados en las tres muestras:
Muestra 1 (espesor total teórico 6mm):
-
Superficie lateral: espesor variable de 5-8mm
Superficie superior: espesor ≤5mm
-
-
Con tales variaciones en el espesor de las muestras no sería riguroso dar valores de conductividad.
No obstante, a modo de aproximación, la figura 16 muestra los valores que se obtendrían
suponiendo que las muestras tuviesen espesores constantes y de valor promedio a los encontrados
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en cada superficie, algo que no es correcto, ya que los espesores medios de la superficie superior
siempre son inferiores a los de la cara lateral, con lo que suponer la misma conductividad para
ambas conlleva a un cálculo que de partida ya es erróneo. A pesar de ello, los resultados de
conductividad obtenidos con dichas suposiciones se acercan bastante a los esperados.
Muestra nº1 Muestra nº2 Muestra nº3
Conductividad K, W/m2 K 0.10
0.09
0.09
Figura 16: Conductividades térmicas obtenidas a partir de espesores aproximados
Es importante remarcar que el no disponer de espesores conocidos y uniformes supone la principal
incertidumbre en los resultados de conductividad obtenidos. No obstante, el orden de magnitud de
los valores de conductividad calculados es claramente representativo de la capacidad aislante de
Fritermol C.
Estudio realizado por:
Estudio supervisado por:
José Alonso Burgal
Doctor Ingeniero Industrial
Instructor Certificado ITC
Rafael Royo Pastor
Director de AECTIR
Profesor de Transmisión de Calor en la Universidad
Politécnica de Valencia
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Anexo: Aplicación de la pintura Fritermol C en Canarias
La revisión del código técnico de edificación impone unos valores de coeficiente global o
transmitancia térmica para Canarias, siempre que la altura sea menos de 350 m, de U = 1.35 W/m2
K, por lo que a priori nos parece factible la utilización de esta pintura como aislamiento térmico
para el caso de Canarias.
El estudio realizado ha servido para confirmar que la conductividad térmica es del orden de la
medida por el Instituto Eduardo Torroja, tomamos pues por válido el valor k = 0.073.
La resistencia térmica que impone cualquier aislante depende del espesor, a través de la expresión
L/k. El factor fundamental a la hora de la utilización de esta pintura como aislamiento es el espesor
a utilizar.
Vamos a ilustrar el ejemplo de diferentes fábricas de muro para cerramiento. El estudio siguiente no
pretende ser exhaustivo y da solamente pues, unos cuanto ejemplos con los espesores de pintura
necesarios para cumplir el nuevo código técnico.
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Caso 1: Hoja simple, bloques de hormigón con cámara de aire
k (W/m K) L (m)
Re
L/k (m2 K/W
0,04
Pintura
0.073
0.008
0.11
Enlucido
0.5
0.01
0.02
Bloques hormigon
0.95
0.2
0.21
Camara de aire
0.1
0.0175 0.18
Placa de yeso
0.25
0.0125 0.05
Ri
0.13
R tot= 0.70
U lim Canarias=
1.35
U=
1.44
Sería necesario en este caso asegurar un mayor espesor de pintura: 11-12 mm:
k (W/m K)
L (m)
Re
L/k (m2
K/W
0,04
Pintura
0.073
0.012
0.16
Enlucido
0.5
0.01
0.02
Bloques hormigon
0.95
0.2
0.21
Camara de aire
0.1
0.0175
0.18
Placa de yeso
0.25
0.0125
0.05
Ri
U lim Canarias=
0.13
1.35
R tot=
0.75
U=
1.33
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Caso 2:Bloque de hormigón y placa de yeso
k (W/m K) L (m)
Re
L/k (m2 K/W
0,04
Pintura
0.073
0.008
0.11
Enlucido
0.5
0.01
0.02
Bloques hormigon
0.95
0.2
0.21
Placa de yeso
0.25
0.0125 0.05
Ri
0.13
R tot= 0.52
U lim Canarias=
1.35
U=
1.92
Sería necesario asegurar todavía un espesor mayor de pintura: 25 mm.
k (W/m K)
L (m)
Re
L/k (m2
K/W
0,04
Pintura
0.073
0.025
0.34
Enlucido
0.5
0.01
0.02
Bloques hormigon
0.95
0.2
0.21
Placa de yeso
0.25
0.0125
0.05
Ri
U lim Canarias=
0.13
1.35
R tot=
0.75
U=
1.33
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Caso 3: Ladrillo hueco con cámara de aire
Sería necesario en este caso suficiente un espesor de pintura de 8 mm
k (W/m K)
L (m)
Re
L/k (m2 K/W
0,04
Pintura
0.073
0.008
0.11
Enlucido
0.5
0.01
0.02
Ladrillo hueco
0.72
0.2
0.28
Camara de aire
0.1
0.0175
0.18
Placa de yeso
0.25
0.0125
0.05
Ri
U lim Canarias=
0.13
1.35
R tot=
0.76
U=
1.31
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Caso 4: Hormigón y cámara de aire
k (W/m K) L (m)
Re
L/k (m2 K/W
0,04
Pintura
0.073
0.008
0.11
Enlucido
0.5
0.01
0.02
Bloques hormigon
0.95
0.2
0.21
Placa de yeso
0.25
0.0125 0.05
Ri
0.13
R tot= 0.52
U lim Canarias=
1.35
U=
1.92
Sería necesario en este caso asegurar todavía un mayor espesor de pintura: 25 mm
k (W/m K)
L (m)
Re
L/k (m2 K/W
0,04
Pintura
0.073
0.025
0.34
Enlucido
0.5
0.01
0.02
Bloques hormigon
0.95
0.2
0.21
Placa de yeso
0.25
0.0125
0.05
Ri
U lim Canarias=
0.13
1.35
R tot=
0.75
U=
1.33
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