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La diferencia fundamental entre los materiales aislantes de célula abierta y de célula cerrada es si sus células están interconectadas o permanecen aisladas entre sí.
En los materiales de célula cerrada, las células están en gran medida aisladas unas de otras y delimitadas por paredes celulares continuas. Estas células retienen gases de baja conductividad térmica, restringen el movimiento del aire y, por lo general, reducen la penetración de humedad. Por ello, estos materiales suelen presentar una menor conductividad térmica, una mayor resistencia a la compresión y una mejor resistencia a la humedad.
En los materiales de célula abierta, los poros están interconectados y permiten que el aire y el vapor de agua se desplacen con mayor libertad a través de la estructura. Esto suele hacerlos más blandos, más flexibles, más permeables al vapor y más adecuados para la absorción acústica. También suelen ser más económicos.
Sin embargo, los materiales de célula abierta suelen ser más sensibles a la humedad. Cuando el agua penetra en la red de poros interconectados, su rendimiento térmico puede disminuir considerablemente.
Célula cerrada: menor permeabilidad, mayor resistencia mecánica y mejor resistencia a la humedad.
Célula abierta: mayor blandura, permeabilidad al vapor y absorción acústica.
Ninguna de las dos estructuras es mejor en todas las situaciones. La elección depende de la aplicación.
I. Qué conviene tener en cuenta al comparar ambas estructuras
La distinción entre los aislantes de célula abierta y de célula cerrada parece sencilla, pero su comparación exige considerar varias condiciones técnicas.
1.1. No todas las estructuras son completamente abiertas o cerradas
En los materiales reales, las estructuras porosas no siempre son totalmente abiertas o totalmente cerradas. Por eso, las espumas suelen caracterizarse mediante su contenido de células cerradas, que puede evaluarse según normas como ASTM D6226 e ISO 4590.
Los materiales con un contenido muy elevado de células cerradas suelen clasificarse como espumas de célula cerrada. Los que presentan poros predominantemente interconectados se consideran espumas de célula abierta.
Para un producto concreto, conviene consultar el contenido de células cerradas realmente medido, en lugar de basarse únicamente en una denominación comercial como «célula abierta» o «célula cerrada».
1.2. La diferencia de conductividad térmica puede ser menor en condiciones secas de laboratorio
En condiciones secas de laboratorio, la diferencia de conductividad térmica entre espumas de célula abierta y de célula cerrada fabricadas con matrices poliméricas similares no siempre es muy grande.
La diferencia práctica adquiere mayor importancia en condiciones reales que implican:
absorción de humedad;
condensación;
movimiento del aire;
diferencias de presión;
exposición prolongada a las condiciones ambientales.
Esto es especialmente relevante porque las redes de poros abiertos e interconectados facilitan el desplazamiento de la humedad y del aire a través del material.
1.3. Los aislantes fibrosos no son espumas de célula abierta
Materiales como la lana de roca y la lana de vidrio no tienen una estructura de espuma celular, sino espacios de aire interconectados entre sus fibras.
Por ello, pueden presentar características de transporte similares a las de las estructuras porosas abiertas, como la permeabilidad al aire y el transporte de humedad. Sin embargo, no deben clasificarse como espumas de célula abierta.
Pueden utilizarse como materiales de referencia en una comparación, pero su definición estructural es distinta.
1.4. La resistencia a la temperatura y el comportamiento frente al fuego dependen principalmente de la composición química
La resistencia a la temperatura y la inflamabilidad de espumas orgánicas como PU, EPS, XPS y NBR dependen principalmente de la composición química y de la estabilidad térmica del polímero base.
La estructura de célula abierta o cerrada, por sí sola, no determina la resistencia al fuego ni la temperatura máxima de servicio. Por tanto, las prestaciones de aislamiento térmico y el comportamiento frente al fuego deben evaluarse por separado.
II. Cómo influye la estructura porosa en el comportamiento del material
La mayoría de las diferencias prácticas entre ambas clases de espuma parten de una pregunta estructural: ¿los poros están cerrados por sus paredes o están interconectados?
Esta diferencia influye de forma importante en el movimiento de los gases, la transferencia de calor, el transporte de humedad y el comportamiento mecánico.
2.1. Confinamiento del gas: conductividad térmica y convección
La espuma de célula cerrada retiene gas en células aisladas de tamaño micrométrico. Como el gas no puede circular libremente entre ellas, el movimiento gaseoso a gran escala queda muy restringido y se suprime la convección natural.
Algunos sistemas de espuma de célula cerrada también contienen agentes espumantes de baja conductividad térmica, como los HFO o el pentano. Estos gases pueden tener una conductividad térmica inferior a la del aire, lo que reduce aún más la conductividad térmica efectiva de la espuma.
En las estructuras de célula abierta, los poros interconectados permiten que la fase gaseosa se comunique más fácilmente con el entorno. Las diferencias de temperatura y de presión, así como el flujo de aire exterior, pueden influir en el movimiento del gas a través de la estructura.
En condiciones reales, esto puede aumentar la transferencia de calor respecto a las condiciones idealizadas de un ensayo de laboratorio en seco.
2.2. Transporte de humedad: durabilidad y rendimiento térmico a largo plazo
La humedad es uno de los factores que más diferencian el comportamiento práctico de los aislantes de célula abierta y de célula cerrada.
Las células cerradas restringen la penetración de agua líquida y reducen el transporte de vapor de agua. Esto ayuda a conservar la estructura llena de gas que proporciona el aislamiento térmico.
La conductividad térmica del agua líquida es de aproximadamente 0,6 W/(m·K), más de veinte veces la del aire en reposo, que es de aproximadamente 0,026 W/(m·K).
Si el agua entra en una estructura aislante porosa y sustituye al gas de baja conductividad, la transferencia de calor puede aumentar considerablemente.
Los poros interconectados de los materiales de célula abierta facilitan la entrada y el desplazamiento de la humedad. Una vez mojados, estos aislantes pueden presentar, según el material y las condiciones ambientales:
un aumento de la conductividad térmica;
una reducción de la resistencia térmica;
daños por ciclos de congelación y descongelación;
riesgo de formación de moho;
degradación de la matriz del material.
Por este motivo, las diferencias prácticas entre ambas estructuras pueden ser mucho más importantes en ambientes húmedos o con presencia de agua.
2.3. Transmisión de cargas: resistencia, compresión y tacto
La estructura porosa también influye de manera importante en el comportamiento mecánico.
Una estructura de célula cerrada puede imaginarse como un conjunto de cámaras microscópicas llenas de gas. Al comprimirla, tanto las paredes celulares como el gas retenido contribuyen a soportar la carga. Por ello, las espumas de célula cerrada suelen ofrecer:
mayor resistencia a la compresión;
mayor rigidez estructural;
mejor resistencia a la deformación bajo carga.
En los materiales de célula abierta, el gas puede desplazarse por la red de poros interconectados durante la compresión. Esto facilita la deformación y suele dar lugar a materiales:
más blandos;
más compresibles;
más flexibles;
con mayor capacidad de recuperación tras la deformación.
Sin embargo, estas propiedades suelen ir acompañadas de una menor resistencia a la compresión.
Qué determina la estructura porosa
La estructura porosa no crea una nueva ley física. Determina si el material facilita o restringe distintas vías de transporte y transmisión: la conducción térmica a través del gas, la convección y el flujo de aire, la migración de humedad y la transmisión de cargas mecánicas.
III. Comparación de materiales aislantes de célula abierta y cerrada
Los valores siguientes son intervalos típicos publicados por la industria para condiciones de temperatura ambiente y relativamente secas.
Las prestaciones reales dependen de la formulación, la densidad, la humedad, la temperatura, el envejecimiento, la instalación y el método de ensayo.
Material | Estructura porosa | Conductividad térmica típica, W/(m·K) | Comportamiento frente a la humedad | Permeabilidad al aire / al vapor | Comportamiento mecánico | Aplicaciones habituales |
PU / PIR de célula cerrada, espumado con HFO | Más del 90 % de células cerradas | 0,017–0,028 | Baja absorción de agua | Baja | Alta resistencia a la compresión | Cubiertas, cámaras frigoríficas, aislamiento proyectado |
XPS | Célula cerrada | 0,028–0,036 | Muy baja absorción de agua | Muy baja | Alta resistencia a la compresión | Suelos, cubiertas invertidas, aislamiento bajo rasante |
Aislamiento de NBR / EPDM | Célula cerrada | 0,032–0,040 | Bajo | Baja | Flexible y compresible | Tuberías de refrigeración, control de la condensación |
EPS | Predominantemente de célula cerrada | 0,030–0,040 | Moderado | Baja | Moderado | Paredes exteriores, embalajes |
Espuma de PU proyectada de célula abierta | Célula abierta | 0,035–0,040 | Mayor absorción de humedad | Alta | Blanda y flexible | Áticos, paredes interiores |
Lana de roca / lana de vidrio | Estructura fibrosa porosa | 0,035–0,045 | Depende del tratamiento | Permeable | Baja resistencia a la compresión | Protección contra incendios, aislamiento térmico, absorción acústica |
Material flexible nanoporoso, como Y-Warm | Estructura porosa flexible diseñada | 0,018–0,025 | Depende del material | Permeable a la humedad | Blando y flexible | Aislamiento flexible de bajo espesor |
Estos valores deben entenderse como intervalos representativos, no como constantes universales de cada material.
El principio técnico más importante es que un aislante no debe seleccionarse únicamente por su conductividad térmica. La exposición a la humedad, las cargas mecánicas, las limitaciones de espesor, el transporte de vapor, los requisitos acústicos, la durabilidad y las condiciones de instalación también influyen en la elección de la estructura porosa más adecuada.
IV. Parámetros técnicos y métodos de ensayo
Varios parámetros normalizados permiten caracterizar y distinguir los sistemas de aislamiento de célula abierta y de célula cerrada.
4.1. Contenido de células cerradas
Puede evaluarse mediante ASTM D6226 e ISO 4590. Este parámetro permite describir cuantitativamente qué proporción de la estructura de una espuma está formada por células aisladas.
4.2. Absorción de agua
Puede evaluarse mediante métodos como ASTM D2842 y EN 12087. Es especialmente relevante para el aislamiento bajo rasante, las cubiertas, la refrigeración y otras aplicaciones expuestas a la humedad.
4.3. Permeabilidad al vapor de agua
La transmisión de vapor de agua puede evaluarse mediante normas como ASTM E96.
Este aspecto es importante porque un material puede absorber poca agua líquida y, aun así, permitir cierta transmisión de vapor de agua.
4.4. Conductividad térmica del agua y del aire
A temperaturas próximas a la ambiente, los valores aproximados son:
Agua líquida: 0,6 W/(m·K).
Aire en reposo: 0,026 W/(m·K).
La gran diferencia entre estos valores explica por qué la absorción de humedad puede reducir considerablemente el rendimiento térmico de los aislantes porosos.
V. Qué estructura elegir según la aplicación
La elección depende en gran medida de las condiciones ambientales y de los requisitos mecánicos. Como orientación:
Ambiente seco, blandura, permeabilidad al vapor y absorción acústica: las estructuras de célula abierta pueden resultar ventajosas.
Humedad, compresión, sensibilidad a la condensación y requisitos estructurales: las estructuras de célula cerrada suelen ser más adecuadas.
Espesor extremadamente reducido, flexibilidad y permeabilidad a la humedad: puede considerarse un aislamiento poroso flexible avanzado.
5.1. Célula cerrada: ambientes húmedos, fríos o sometidos a carga
Los materiales de célula cerrada resultan especialmente útiles cuando el aislamiento debe soportar humedad, presión o una exposición prolongada a superficies frías.
Suelos de sótanos y aislamiento bajo rasante
El XPS se utiliza habitualmente bajo rasante porque combina aislamiento térmico, baja absorción de agua y alta resistencia a la compresión.
Cubiertas invertidas
En una cubierta invertida, la capa de aislamiento se sitúa por encima de la membrana impermeabilizante. Como puede quedar expuesta al agua de forma repetida, la baja absorción de agua es un requisito esencial. Por ello, los materiales de célula cerrada son especialmente adecuados para esta solución constructiva.
Tuberías de refrigeración y cámaras frigoríficas
Los aislantes de NBR y EPDM de célula cerrada se utilizan ampliamente alrededor de las tuberías de refrigeración y de agua fría.
En estas aplicaciones, el material debe proporcionar tanto aislamiento térmico como control de la condensación. Una baja permeabilidad al vapor de agua ayuda a reducir la migración de humedad hacia las superficies frías.
Contenedores para la cadena de frío y aplicaciones marinas
Los materiales de célula cerrada pueden proporcionar simultáneamente aislamiento térmico, soporte mecánico, resistencia a la humedad y flotabilidad. Esta combinación los hace útiles en contenedores para la cadena de frío, sistemas marinos y otros entornos exigentes.
5.2. Célula abierta: ambientes secos, absorción acústica, blandura y permeabilidad al vapor
Las estructuras de célula abierta suelen resultar ventajosas cuando la blandura, la absorción acústica o el transporte de vapor tienen más importancia que la resistencia a la humedad o a la compresión.
Áticos y cámaras de paredes interiores
La espuma proyectada de célula abierta y los aislantes fibrosos pueden utilizarse en espacios interiores relativamente secos, donde son importantes la blandura y la capacidad de rellenar cavidades.
Según el sistema constructivo completo, el transporte de vapor también puede favorecer el secado.
Absorción acústica
Las estructuras de célula abierta son muy eficaces para disipar energía acústica. Cuando las ondas sonoras penetran en la red de poros interconectados, la fricción viscosa y el movimiento interno del aire convierten parte de esa energía en calor.
Entre sus aplicaciones habituales se encuentran:
estudios de grabación;
techos de oficinas;
salas de equipos;
paneles acústicos.
Rellenos flexibles y amortiguación
La blandura y la compresibilidad de los materiales de célula abierta los hacen adecuados para:
acolchado de muebles;
elementos de amortiguación para protección;
apoyos blandos;
aplicaciones de sellado flexible.
5.3. Prendas de vestir y equipamiento para actividades al aire libre
El aislamiento de las prendas plantea un problema técnico muy distinto al del aislamiento de edificios.
En construcción, una baja permeabilidad al vapor puede ser deseable porque ayuda a evitar que la humedad penetre en la capa aislante. En cambio, el cuerpo humano genera continuamente calor y vapor de agua, por lo que el aislamiento de las prendas debe equilibrar aislamiento térmico, flexibilidad, bajo espesor, transporte de humedad y comodidad.
Los aislantes tradicionales para prendas, como el plumón, las guatas sintéticas y los rellenos fibrosos, utilizan estructuras tridimensionales para retener aire. Estos sistemas pueden ofrecer un aislamiento eficaz, pero suelen necesitar cierto volumen y pueden perder prestaciones cuando se mojan.
Los aislantes porosos flexibles avanzados ofrecen otra posibilidad. Materiales como Y-Warm están diseñados para proporcionar aislamiento térmico en una estructura fina y flexible que también permite el paso del vapor de agua.
Por tanto, el diseño del aislamiento para prendas puede abordarse como un problema más amplio de ingeniería de materiales, sin limitarse a considerar las estructuras de célula abierta y cerrada como las dos únicas soluciones posibles.
El objetivo es encontrar un equilibrio adecuado entre baja conductividad térmica, permeabilidad a la humedad, flexibilidad, espesor y durabilidad.
5.4. Estructuras mixtas y compuestas
En los sistemas reales, los materiales de célula abierta y de célula cerrada suelen utilizarse conjuntamente. Por ejemplo, la envolvente de una cámara frigorífica puede incorporar:
paneles de célula cerrada para aportar aislamiento térmico y resistencia a la humedad;
espuma de célula cerrada en las juntas y los puentes térmicos;
una capa interior acústica o de acabado con una estructura más abierta.
Ambas estructuras pueden desempeñar funciones complementarias dentro de un mismo sistema. No tienen por qué ser soluciones competidoras.
Conclusión
La diferencia fundamental entre ambos tipos de aislante es estructural: los materiales de célula cerrada contienen células en gran medida aisladas, mientras que los de célula abierta presentan poros interconectados.
Esta diferencia influye en mucho más que la conductividad térmica: afecta al movimiento de los gases, la convección, el transporte de humedad, la resistencia a la compresión, la flexibilidad y el comportamiento acústico.
Los materiales de célula cerrada suelen ser más adecuados cuando el aislamiento también debe aportar resistencia a la humedad, control de la condensación, resistencia a la compresión o integración estructural.
Los de célula abierta suelen resultar ventajosos cuando se priorizan la blandura, la flexibilidad, la permeabilidad al vapor o la absorción acústica.
Sin embargo, la ingeniería del aislamiento avanza más allá de esta clasificación binaria. En prendas de vestir, calzado y otros sistemas flexibles, puede ser necesario combinar aislamiento térmico y transporte de humedad en una estructura extremadamente fina.
La estructura más adecuada es la que controla de forma más eficaz el calor, la humedad, el aire y las fuerzas mecánicas para la aplicación prevista, no simplemente la más abierta o la más cerrada.
Preguntas frecuentes
¿Qué aísla mejor: la espuma de célula abierta o la de célula cerrada?
En condiciones secas comparables y con el mismo espesor, la espuma de célula cerrada suele presentar una menor conductividad térmica.
La diferencia práctica puede aumentar en ambientes húmedos porque los materiales de célula abierta pueden absorber más humedad. No obstante, las prestaciones reales dependen de la densidad, la composición química del polímero, el agente espumante, la temperatura, la humedad y las condiciones de ensayo.
¿Puede utilizarse aislamiento de célula abierta en exteriores o bajo rasante?
Solo cuando el sistema completo proporciona una protección adecuada frente al agua y a la exposición no controlada a la humedad.
En aplicaciones permanentemente húmedas, bajo rasante o muy sensibles a la condensación, los materiales de célula cerrada suelen ser más adecuados por su menor absorción de agua y su menor permeabilidad al vapor.
¿Por qué la espuma de célula cerrada suele ser más cara?
Su fabricación puede exigir un control más estricto de las condiciones de espumado, la nucleación celular, la temperatura, la presión, la composición química del agente espumante y la estabilidad del proceso.
Estos requisitos pueden aumentar la complejidad y el coste de producción. Las espumas de célula abierta pueden utilizar menos material y a menudo fabricarse con menor densidad, lo que puede reducir su coste.
¿Qué estructura es más adecuada para la absorción acústica?
Los materiales de célula abierta suelen ser más adecuados. Sus poros interconectados permiten que las ondas sonoras penetren en la estructura, donde la energía acústica se disipa mediante la fricción viscosa y el movimiento interno del aire.
Los materiales de célula cerrada suelen absorber menos sonido. Sin embargo, las capas densas de célula cerrada pueden contribuir al aislamiento al ruido aéreo cuando forman parte de una construcción multicapa.
¿El EPS es un material de célula abierta o de célula cerrada?
El EPS se considera generalmente un material predominantemente de célula cerrada. La mayoría de las células del interior de cada perla de poliestireno expandido están cerradas.
No obstante, las interfaces entre las perlas fusionadas pueden crear vías adicionales para el transporte de humedad. Por este motivo, el EPS suele presentar una mayor absorción de agua a largo plazo que el XPS, aunque ambos sean aislantes predominantemente de célula cerrada.
