La Universidad de Drexel, en Pensilvania (EE.UU.), ha desarrollado un sistema innovador para la regulación térmica pasiva de edificios, inspirado en la red vascular de las orejas de animales como elefantes y liebres, que les permite disipar el calor de manera eficiente. El sistema consiste en integrar canales en materiales de construcción como el cemento. Estos canales se rellenan con materiales de cambio de fase (PCM), como la parafina, que tienen la capacidad de absorber o liberar calor al cambiar de estado (de sólido a líquido y viceversa).
Este avance, publicado recientemente en el Journal of Building Engineering, propone un nuevo tipo de material de construcción a base de cemento que incorpora una red de canales internos rellenos con parafina, un material capaz de absorber o liberar calor al cambiar de estado. De esta forma, las paredes, techos o suelos construidos con este material podrían adaptarse naturalmente a los cambios de temperatura ambiente, reduciendo el uso de sistemas de climatización artificial.
El objetivo es claro: hacer frente a uno de los mayores retos medioambientales del presente. Actualmente, los edificios consumen cerca del 40% de la energía mundial, y casi la mitad de ese consumo se destina a mantener temperaturas agradables en el interior. A pesar de los avances en aislamiento, el 63% de la pérdida de energía se produce a través de las superficies de los edificios.
Canales vasculares y parafina para la estabilidad térmica
El equipo responsable de este desarrollo pertenece al Laboratorio de Materiales Avanzados de Infraestructura (AIM) de Drexel. Este laboratorio ha sido pionero en soluciones inspiradas en la naturaleza, como hormigones capaces de derretir nieve, repararse solos con bacterias, o reforzarse con polímeros impresos en 3D.
En este caso, los investigadores utilizaron impresoras 3D para crear una red de canales internos dentro del cemento, empleando una plantilla de polímero que luego fue disuelta. Estos canales se rellenaron con parafina, que actúa como un ‘almacén de calor’. Cuando la temperatura sube, la parafina absorbe calor al derretirse; cuando la temperatura baja, se solidifica y libera calor, ayudando a mantener una temperatura interior más estable.
Se probaron distintas configuraciones de canales —rectos, múltiples, diagonales y en forma de rejilla— con espesores que iban de 3 a 8 milímetros. La estructura más eficaz resultó ser la cuadrícula en forma de diamante, que combinó una buena resistencia mecánica con un excelente rendimiento térmico. En las pruebas, este diseño fue capaz de ralentizar el calentamiento o enfriamiento de la superficie hasta en 1,25 °C por hora, respecto a su entorno.
Además, los investigadores demostraron que es posible mejorar la resistencia del cemento, a pesar de estar perforado por los canales, añadiendo un tipo de agregado fino que refuerza la mezcla sin afectar la circulación del material térmico.
A futuro, el equipo planea probar otros materiales de cambio de fase, nuevas configuraciones internas y evaluar el comportamiento del sistema en condiciones reales durante periodos prolongados. Si se logra su implementación a gran escala, este enfoque podría representar un paso importante hacia la construcción de edificios más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.