AISLAMIENTOS EN INSTALACIONES TÉRMICAS
La necesidad de conseguir ahorrar energía en el transporte de fluidos fríos o calientes, oblia a utilizar aislamientos térmicos para tuberías. Con ello conseguiremos cumplir con las diferentes normativas y ser mucho más eficientes. En este artículo veremos los tipos de aislamientos térmicos para tuberías, el ahorro energético que podemos conseguir, y la normativa de aplicación para estos productos.
Funciones del aislamiento térmico para tuberías de agua
El aislamiento térmico de tuberías, en las instalaciones de calefacción y fontanería (agua para consumo humano, AFCH, y agua caliente sanitaria, ACS) tiene los siguientes objetivos fundamentales:
- Reducir las pérdidas de energía.
- Evitar las condensaciones superficiales.
- Reducir los riesgos, evitando el contacto accidental con superficies calientes.
- Reducir el riesgo de congelación de las tuberías que discurren por el exterior de los edificios.
- Minimizar el posible incremento de temperatura del agua de consumo humano.
Además en ocasiones también cumple la misión de proteger las tuberías de la agresión de los materiales de la construcción y permitir la dilatación de las mismas.
Evidentemente el espesor necesario dependerá del objetivo concreto.
Reducción de las pérdidas de calor
El objeto fundamental del aislamiento térmico es la reducción de las pérdidas de calor y el espesor mínimo se define en la IT 1.2.4.2.1. del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) publicado en el Real Decreto 1.027/2007 de 20 de julio, habiendo entrado en vigor el 29 de febrero de 2008.
En el mencionado apartado se indica que las tuberías deben aislarse cuando la temperatura del agua sea mayor que 40°C y estén instaladas en locales no calefactados.
Asimismo indica que cuando estén situadas en el exterior de los edificios deben tener protección suficiente contra la intemperie y las juntas del aislamiento se realizarán de manera que se evite el paso del agua de la lluvia hacia el interior del aislamiento.
Se definen dos procedimientos para la selección del espesor mínimo del aislamiento de las tuberías:
- El procedimiento simplificado en el cual se dan unas tablas de selección.
- El procedimiento alternativo, en el que se debe justificar que las pérdidas térmicas en las conducciones no superarán el 4% de la potencia máxima transportada.
En la mayor parte de las instalaciones, sobre todo en las de potencia inferior a 70 kW, el procedimiento a aplicar será el simplificado.
Espesores mínimos de aislamiento térmico
El espesor mínimo de aislamiento se determina con los siguientes parámetros:
- Diámetro exterior de las tuberías: fijadas las condiciones interiores del agua y exteriores del aire, cuanto mayor sea el diámetro exterior de las tuberías, mayores serán las pérdidas de calor; por ello se requiere mayor espesor de aislamiento térmico.
- Temperatura del agua: Para una tubería dada, cuanto mas alta sea la temperatura del fluido que se transporta mayores serán las pérdidas de calor y por lo tanto se requerirá mayor espesor de aislamiento.
- Ubicación de las tuberías: Las que se encuentran en el exterior de los edificios presentan mayores pérdidas de calor por dos motivos: porque las temperaturas exteriores son inferiores a las que se dan en el interior de los edificios y porque debido a la velocidad del viento se tiene un mayor coeficiente de convección exterior; por ello el reglamento impone un incremento en el aislamiento térmico de las tuberías situadas en el exterior de los edificios.
- Horas de funcionamiento de la instalación: Evidentemente las pérdidas de energía dependen directamente del número de horas de funcionamiento de las instalaciones, por ello el RITE establece un espesor superior de aislamiento térmico para las instalaciones que funcionan todo el año, como son las de ACS.
Teniendo en cuenta las consideraciones indicadas, el RITE establece los siguientes espesores mínimos (Tablas 1.2.4.2.1. y 1.2.4.2.2.):
Ejemplo de aplicación: ¿Qué espesor de aislamiento mínimo deben tener las tuberías de calefacción de una caldera situada en una terraza exterior; si las tuberías son de cobre de 22x1mm?.
- Diámetro exterior 22 mm < 35 mm.
- Temperatura de impulsión 80°C (comprendida entre 60°C y 100°C).
- Ubicación exterior.
- Espesor mínimo: 35 mm.
Tuberías de calefacción por el interior de las viviendas
Como se ha indicado anteriormente, el RITE impone la necesidad de aislamiento térmico para las tuberías con fluidos a temperaturas superiores a 40°C cuando discurran por locales no calefactado; cuando las tuberías discurren por locales calefactados, las pérdidas de calor contribuyen a la calefacción del local, por este motivo su aislamiento térmico no es obligatorio.
Al margen de su obligatoriedad el aislamiento térmico es conveniente por las siguientes razones:
Consigue que la distribución de calor se proporcione en los elementos emisores, aportando unas condiciones de control mas precisas, evita el incremento de temperatura de los locales cuando los elementos de regulación (como por ejemplo las válvulas termostáticas) han cerrado.
- En las distribuciones bajo el suelo el aislamiento térmico evita problemas con las tarimas y los elementos de terminación de los suelos; esta situación es muy importante en las distribuciones con colectores que requieren gran cantidad de tuberías.
- Evita las pérdidas de calor hacia otras viviendas.
En estas situaciones el espesor del aislamiento puede ser inferior al mínimo establecido en la tabla anterior.
Cuando las distribuciones de calefacción sean vistas, situación habitual en las viviendas existentes en las que las distribuciones suelen llevarse por encima de los rodapies, el aislamiento térmico cumple el requisito de evitar el contacto con superficies calientes que puedan causar accidentes; en el apartado IT 1.3.4.4.1. indica: “Ninguna superficie con la que exista posibilidad de contacto accidental, salvo las superficies de los emisores de calor, podrá tener una temperatura mayor que 60ºC”.
Este requisito puede cumplirse con dos soluciones:
- Colocar aislamiento térmico, puede ser de 10 mm, ya que su objetivo es evitar temperaturas superficiales altas; este aislamiento puede incorporarse a soluciones con canaletas.
- Diseñar toda la instalación para trabajar con temperaturas de impulsión de 60°C, lo que obliga a instalar radiadores mas grandes (prácticamente se debe duplicar su tamaño), esta solución es la mas adecuada para calderas de condensación.
Tuberías de instalaciones solares térmicas
Al seleccionar el espesor del aislamiento térmico de las instalaciones solares para ACS se presenta la duda de que temperatura se toma como referencia.
Es muy habitual proponer la conocida como temperatura de estancamiento, que suele rondar los 200°C y corresponde a la que alcanzaría el captador sometido a una radiación de 1.000 W/m2, con una temperatura ambiente de 30°C y con la instalación parada (sin extraerle calor).
Sin embargo tomar esa temperatura como referencia es un error, ya que en esas situaciones interesa disipar la mayor cantidad de calor posible, por lo que el aislamiento térmico no es necesario; el espesor debe corresponder a la temperatura de referencia de 60°C mas los 7°C de salto térmico entre primario y secundario (67°C), evidentemente para distribuciones exteriores.
Considerando que la instalación solar va a funcionar en las horas de mayor radiación, en las cuales se tienen las temperaturas exteriores mas altas, podría admitirse un menor espesor de aislamiento térmico, por ejemplo el correspondiente a distribuciones interiores; este es un aspecto que debiera aclararse en el propio reglamento, publicando una tabla para estas aplicaciones.
Tuberías de ACS
Las instalaciones de ACS se definen reglamentariamente en el documento HS4 del Código Técnico de la Edificación (CTE), en el apartado 3.2.2.1. se indica que las tuberías de ACS se aislarán conforme a lo especificado en el RITE.
Las instalaciones de ACS funcionan durante todo el año, por ello aunque en general su temperatura pueda ser inferior a la de calefacción, a lo largo de la temporada presentan mayores pérdidas de calor; por este motivo el RITE incrementa en 5 mm el espesor mínimo de su aislamiento térmico; siendo el que se muestra en el siguiente cuadro:
Ejemplo de aplicación: Que espesor de aislamiento mínimo deben tener las tuberías de ACS de una caldera situada en una terraza exterior; si las tuberías son de acero inoxidable de 22×0,7mm?.
- Diámetro exterior 22 mm < 35 mm.
- Servicio ACS.
- Ubicación exterior.
- Espesor mínimo: 40 mm.
Una vez en el interior de la vivienda las tuberías de ACS deben conservar su aislamiento térmico, si bien el espesor del mismo será algo menor:
- Diámetro exterior 22 mm < 35 mm.
- Servicio ACS.
- Ubicación interior.
- Espesor mínimo: 30 mm.
En el interior de las viviendas este espesor solo puede reducirse cuando las tuberías se lleven empotradas, en cuyo caso el apartado IT 1.2.4.1.2. punto 7 indica: “El espesor mínimo de aislamiento de las tuberías de diámetro exterior menor o igual que 20 mm y de longitud menor que 5 m, contada a partir de la conexión a la red general de tuberías hasta la unidad terminal, y que estén empotradas en tabiques y suelos o instaladas en canaletas interiores, será de 10 mm, evitando, en cualquier caso, la formación de condensaciones”.
Tuberías de AFCH
Las instalaciones de AFCH deben aislarse por dos motivos:
- Para evitar condensaciones.
- Para evitar que, por proximidad con otras instalaciones que operan a mayor temperatura (calefacción) o incluso la propia temperatura de los locales, alcance valores que incrementen el riesgo de desarrollo de la legionela.
Para esta aplicación no se establecen espesores mínimos reglamentarios; siendo en general suficiente con espesores inferiores a los indicados para calefacción y ACS; si bien en las distribuciones generales que discurren en paralelo con las de calefacción y ACS centrales, es conveniente respetar los mismos espesores.
Riesgo de congelación
Las tuberías que discurren por el exterior de los edificios presentan riesgo de congelación en los periodos que no se utilizan; los espesores indicados para evitar las pérdidas de calor pueden paliar este problema durante periodos cortos o en localidades donde las temperaturas exteriores no sean habitualmente muy bajas.
Evidentemente si la instalación permanece mucho tiempo sin servicio y las temperaturas exteriores son bajas, el fluido acabará alcanzando temperaturas con riesgo de congelación; en estos casos para circuitos de calefacción se puede añadir anticongelante al agua.
En circuitos de ACS o AFCH esta solución no es posible, ya que debe conservarse la potabilidad del agua; por ello en localidades frías deben vaciarse las instalaciones, cuando estas vayan a estar paradas durante periodos largos en invierno.
Protección contra los elementos de la construcción
Las tuberías deben protegerse de las posibles agresiones de los elementos de la construcción, además de permitir su libre dilatación; por estos motivos es conveniente dotar a las tuberías de coquillas que eviten su contacto directo con los elementos de obra.
En este contexto es suficiente que las coquillas aislantes sean simplemente de materiales plásticos de poco espesor, pero si se utilizan materiales aislantes térmicos, la coquilla puede cumplir al mismo tiempo ambas misiones.
Espesores comerciales de aislantes térmicos de tuberías
Los espesores fijados en el RITE corresponden a aislamientos térmicos con una conductividad térmica de referencia de 0,04 W/(m·K) (fibra de vidrio), sin embargo otros materiales de calefacción aislante comercializados presentan conductividades mas bajas por lo que los propios fabricantes han optado por los espesores equivalentes (19 mm, 27 mm, 32 mm, 37 mm, etc.), siendo estos los que figuran en catalogo.
En la actualidad no se ofrecen todos los espesores indicados en el RITE por lo que, mientras la oferta no se amplíe, en las secciones de tubería que no se disponga del espesor mínimo requerido, se deberán instalar dos coquillas aislantes, una correspondiente a la tubería y una segunda que deberá corresponder al diámetro total de la tubería mas la primera coquilla.
Tuberías para calefacción termoplásticas
Cada vez está mas extendido el uso de tuberías de materiales termoplásticos, que no presentan riesgos de corrosión y menores incrustaciones interiores, además de tener una menor conductividad térmica que los metales y menos problemas de ruidos por la circulación de los fluidos en su interior.
Entre los inconvenientes que presenta el uso de estos materiales cabe citar: mayores dilataciones y menores diámetros interiores, por requerir mayores espesores que los metales; asimismo soportan menores presiones y temperaturas.
Como conclusión siempre deben conocerse las características de los materiales de calefacción utilizados y aplicarlos adecuadamente.
Debido a su menor conductividad térmica se ha extendido la idea de que este tipo de tuberías no requieren aislamiento térmico, lo cual es un gravísimo error. Es cierto que desde el punto de vista de protección contra condensaciones en muchas aplicaciones no lo requieren, sin embargo, en el caso de fluidos calientes, o para reducir los riesgos de congelación o incremento excesivo de la temperatura del AFCH, es preciso utilizar aislamiento térmico.
Con fluidos calientes es imprescindible analizar las características de estos materiales. En el siguiente cuadro se muestran las conductividades térmicas y los coeficientes de dilatación:
Es de esperar que si el mercado lo solicita se incremente la oferta comercial.
Evidentemente sus conductividades son muy inferiores a las de los metales, pero en todo cado superiores al valor de referencia del RITE (0,04 W/(m·k)).
El espesor de las tuberías depende de la serie que deba aplicarse en cada caso; en el cuadro adjunto se muestran los valores de las diferentes series comerciales, validas para todos los termoplásticos.
La serie de aplicación dependerá de la clase y del material seleccionado, de modo que se cumplan los requisitos de presión y temperatura de trabajo de la aplicación correspondiente.
Como ejemplo tomamos una tubería de PEX serie 3,2, diámetro exterior 50 mm; la misma tiene un espesor de 6,8 mm; supongamos que la misma corresponde a una distribución de ACS por el interior de un edificio, el espesor de aislamiento mínimo debe ser:
- Diámetro exterior 50 mm < 60 mm.
- Servicio ACS.
- Ubicación interior.
- Espesor mínimo: 35 mm.
Es decir se requieren 35 mm de un material de conductividad 0,04; en caso de no poner aislamiento se tendrían 6,8 mm de conductividad 0,38.
Tomando otro ejemplo con PB serie 5 con diámetro exterior 40 mm se tendría:
- Diámetro exterior 40 mm < 60 mm.
- Servicio ACS.
- Ubicación interior.
- Espesor mínimo: 35 mm.
Es decir se requieren 35 mm de un material de conductividad 0,04; en caso de no poner aislamiento se tendrían 3,6 mm de condutividad 0,23.
Si se tienen en cuenta las características térmicas de los termoplásticos el espesor de los aislamientos se podría reducir en 1 o 2 mm; pero en el mercado no se dispone de este tipo de coquillas aislantes, por lo que como conclusión los termoplásticos deben aislarse con los mismos espesores que los metales; si bien el usuario dispondrá de una instalación mejor aislada.
Esta situación puede modificarse si los fabricantes de materiales aislantes fabricasen coquillas con diseño exclusivo para tuberías termoplásticos.
Tuberías frigoríficas
Según el Reglamento de Seguridad de Instalaciones Frigoríficas, RD 552/2019, las tuberías con temperaturas de menos de 5ºC deben ir aisladas térmicamente para evitar condensaciones.
¿Cuáles son los aislamientos térmicos para tuberías más habituales?
En el mercado, existen numerosas soluciones para realizar el aislamiento térmico de las tuberías empleadas en las instalaciones. A continuación, haremos un breve repaso de los más habituales y sus características principales:
Coquillas de espuma elastomérica
La espuma elastomérica es un aislamiento térmico de estructura celular cerrada, formado por caucho sintético.
Se presenta en forma de coquillas para el aislamiento térmico de tuberías y de planchas para el aislamiento térmico de conductos de climatización y accesorios.
Este material, posee una baja conductividad térmica, excelente flexibilidad y facilidad y rapidez de instalación.
Este tipo de aislamiento de tuberías a base de caucho sintético, se comercializa en rollos de 2 metros de color negro.
Existen en el mercado espumas elastoméricas para distintas aplicaciones dependiendo de las temperaturas de trabajo,control de la condensación, aislamientos de salas de máquinas etc.
Coquillas de lana mineral
De todos es conocida la lana de vidrio y lana de roca como materiales aislantes térmicos-acústicos en edificación residencial y terciaria, empleándose también para el aislamiento térmico de tuberías tanto en instalaciones de edificación como industriales.
Disponen de una muy baja conductividad térmica por lo que se presentan como una solución muy eficaz para el aislamiento de tuberías y accesorios en instalaciones frío y/o calor.
Se suelen presentar en forma de coquilla desnuda o con recubrimiento de papel de aluminio como barrera de vapor.
Coquillas de polietileno
El polietileno es un polímero utilizado en múltiples aplicaciones; una de ellas es la fabricación de coquillas de aislamiento térmico para tuberías.
Al igual que las coquillas de espuma elastomérica, presentan gran flexibilidad para adecuarse fácilmente al diámetro y a la trayectoria de la tubería.
La conductividad térmica suele ser más elevada que en los materiales anteriores, por lo que su aislamiento térmico es menor, al igual que su precio, en comparación con las coquillas de lana mineral o de espuma elastomérica.
Se suelen presentar en longitudes de 2 metros y color gris pudiendo encontrarse en otros colores.
¿Cuáles son los criterios técnicos para la elección del aislamiento térmico adecuado?
Los datos técnicos más importantes a tener en cuenta para la elección del aislamiento térmico de las tuberías, son los siguientes:
Conductividad térmica del aislamiento de tuberías
Cuanto menor sea la conductividad mejor será el aislamiento térmico del material.
En la ficha técnica del fabricante, deberá figurar este valor (ensayado según normas homologadas), a una temperatura dada (generalmente son 10ºC).
A modo de ejemplo, en la siguiente tabla se reflejan valores de conductividad térmica de una coquilla de lana mineral a diferentes temperaturas de trabajo siendo de 0,032 W/mK para 10ºC:
Espesor del aislamiento térmico de tuberías
Especialmente relevante en la elección de un aislamiento para tuberías, es el espesor del material. Lógicamente, cuanto mayor sea este valor, mejor comportamiento térmico se obtiene.
Esta magnitud, aportada por los fabricantes en milímetros, está estrechamente relacionada con los requerimientos normativos del Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE), en los que se fijan los espesores a emplear, en función de la temperatura de trabajo y los diámetros de la tubería.
A continuación, a modo de ejemplo, se muestra una tabla con los espesores del fabricante del material de apartado anterior en función de los rangos de temperaturas y los diámetros de las tuberías:
Rango de las Temperaturas de Trabajo del Aislamiento Térmico de Tuberías
Es necesario que el fabricante aporte las temperaturas máximas y mínimas de trabajo a las que pueden ser sometidas los materiales, sin que sufran deterioro.
Reacción al Fuego del Aislamiento Térmico del Aislamiento Térmico de Tuberías
Aunque no es un dato a tener en cuenta para la eficiencia y ahorro energético, sí lo es en cuanto a seguridad y adecuación a la normativa sobre materiales empleados en las instalaciones y su reacción al fuego.
Las clasificación en cuanto a su reacción al fuego, debe ser la correspondiente a la norma UNE EN 13501-1:2007+A1:2010 y los requerimientos exigidos en el documento básico DB SI del Código Técnico de la Edificación
¿Qué eficiencia energética aporta el aislamiento térmico de las tuberías?
Tanto en obra nueva como en las rehabilitaciones o mejoras energéticas de edificios, la instalación de un aislamiento térmico adecuado aporta un ahorro energético considerable con un período de amortización muy reducido (entre 6 meses y un año).
Para ofrecer datos concretos, el ahorro máximo que se puede conseguir está en torno a un 85-90% con respecto a una instalación sin aislar.
En la siguiente gráfica, se indican los ahorros en función del espesor y diámetro de las tuberías.
Atento al siguiente gráfico:
Se observan las elevadas pérdidas de energía con las tuberías sin aislar, que son más evidentes a medida que el diámetro de las tuberías aumentan.
Con las tuberías aisladas las pérdidas de energía se reducen considerablemente.
