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Investigadores de la Universidad Drexel crearon un nuevo tipo de cemento capaz de calentar y enfriar superficies de forma pasiva, inspirándose en la anatomía de elefantes y liebres. El objetivo es reducir el consumo energético de los edificios, convirtiendo paredes y suelos en reguladores naturales de temperatura.
Investigadores de la Universidad Drexel, en Estados Unidos, desarrollaron un nuevo material de construcción con potencial para transformar la forma en que los edificios controlan la temperatura.
Inspirado en la anatomía de liebres y elefantes, el cemento bioinspirado puede ayudar a reducir el uso de energía en sistemas de calefacción y refrigeración.
El secreto está en la estructura interna del material, que imita el sistema vascular presente en las orejas de esos animales, conocidas por su capacidad de regular el calor corporal.
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El equipo utilizó parafina para crear un sistema pasivo de calefacción y enfriamiento integrado en el propio hormigón.
Una respuesta a la demanda energética de los edificios
La motivación detrás del proyecto proviene de un dato alarmante: los edificios son responsables de aproximadamente el 40% del consumo total de energía.
De ese valor, la mitad se dedica a calefacción o refrigeración. Reducir esta dependencia puede traer importantes beneficios ambientales y económicos.
“Arquitectónicamente, es común que los edificios modernos tengan muchas ventanas, lo que compromete el aislamiento térmico”, explicó Rhythm Osan, estudiante de ingeniería y coautor del estudio. Según él, incluso con técnicas modernas, siempre hay pérdidas de calor por fallas constructivas, como ductos con fugas y puentes térmicos.
Ante esto, el equipo decidió no combatir las fugas, sino utilizar las propias superficies como reguladores activos de temperatura.
Cómo el hormigón y la parafina funcionan juntos
El nuevo material combina una matriz polimérica impresa con hormigón tradicional, formando una red de canales internos.
Estos canales están llenos de parafina, un material conocido por su capacidad de cambio de fase, es decir, que absorbe o libera calor al cambiar de estado sólido a líquido y viceversa.
Robin Deb, científico del Laboratorio de Materiales de Infraestructura Avanzada de Drexel, explicó que la parafina ya se ha utilizado en hormigón auto-calentado, siendo confiable y natural para manipular temperatura. En este nuevo proyecto, la parafina utilizada tiene un punto de fusión de aproximadamente 18 °C, ideal para pruebas en ambientes fríos.
Este comportamiento recuerda al sistema circulatorio de los animales. “Cuando hace calor, la sangre va a la superficie de la piel y eso facilita el enfriamiento”, explicó Amir Farnam, profesor y líder del proyecto. “Queríamos replicar ese mecanismo natural en materiales de construcción.”
Pruebas con diferentes formatos de canales
Para evaluar la efectividad del cemento bioinspirado, el equipo creó varias muestras con diferentes diseños de canales: simples, paralelos, diagonales, múltiples y en forma de diamante. Los espesores variaron entre 3 y 8 milímetros.
Los canales fueron llenados con parafina y las muestras se sometieron a pruebas de resistencia mecánica y capacidad térmica.
El modelo con canales en forma de diamante fue el más eficiente. Mantuvo buena resistencia y pudo desacelerar los cambios de temperatura de la superficie en hasta 1,25 °C por hora.
“Descubrimos que una mayor área vascularizada mejora el rendimiento térmico. Tiene sentido, ya que las orejas de los elefantes y las liebres funcionan de la misma manera”, dijo Deb.
Sostenible y resistente
A pesar de los canales internos, el material demostró ser lo suficientemente fuerte para el uso práctico. La adición de agregados finos ayudó a mantener la resistencia sin comprometer el funcionamiento de los canales.
Según Farnam, el estudio sirve como prueba de concepto. La idea es desarrollar materiales más inteligentes, ecológicos y resistentes para uso a gran escala. “Estos resultados son prometedores y sirven de base para nuevos avances”, afirmó.
Siguientes pasos de la investigación
El equipo ahora pretende ampliar las pruebas. El plan incluye el uso de diferentes materiales de cambio de fase, la creación de nuevos diseños de canales y la producción de muestras más grandes.
Los ensayos futuros también deben realizarse durante períodos más prolongados y en diversas condiciones ambientales.
El objetivo es verificar el rendimiento térmico del material en situaciones reales y por períodos prolongados.
El equipo cree que el nuevo cemento puede convertirse en una herramienta importante para hacer que los edificios sean más eficientes, reduciendo la dependencia de sistemas de calefacción y refrigeración.
El estudio completo fue publicado en la revista científica Journal of Building Engineering.
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