23/07/2012 - Construcción. Un nuevo tipo de material capaz de almacenar energía

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Un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han desarrollado y patentado paneles de apariencia similar al yeso capaces de almacenar energía térmica.

Los paneles, combinados con estrategias pasivas (como el soleamiento o la ventilación natural) reducen el consumo energético de los edificios hasta en un 40%. El avance contribuye a paliar el problema de la crisis energética, según sus promotores, especialmente en España donde se importa el 80%.

La investigación del grupo de Construcción y Tecnologías Arquitectónicas de la ETS de Arquitectura de la UPM se basa en la incorporación de materiales de cambio de fase o PCM (del inglés: Phase Change Materials) a los paneles. Este nuevo elemento constructivo es capaz de almacenar, en 1,5 cm de espesor, cinco veces la energía térmica de un panel de yeso convencional con el mismo espesor. Así, logra mantener la temperatura del local donde se instala en el rango de confort (20-30ºC) sin necesidad de sistemas de climatización. Además, el plazo de amortización de la inversión es corto, entre uno y dos años.

Son muchas las aplicaciones de los PCM en diversos campos, como el sanitario, botánico o deportivo. En construcción, desde inicios de los años 80, se investiga para integrarlos en diferentes elementos constructivos (hormigón, yeso, cerámica, vidrio…).

Los PCM son sustancias que almacenan o liberan energía térmica, en forma de calor latente. Durante el día los 'excedentes energéticos' (procedentes de la radiación solar, electrodomésticos, usuarios,…) favorecen su licuado, evitando el sobrecalentamiento del local. Por la noche, cuando la temperatura exterior baja, se solidifican liberando la energía acumulada al ambiente, evitando el subenfriamiento. El efecto es el de un muro grueso y pesado de gran inercia térmica.

Para el desarrollo del nuevo material, los investigadores de la UPM eligieron el yeso dada su disponibilidad, profusa utilización en la edificación y bajo coste, así como la facilidad de integración de nuevos aditivos. Además, su posición es siempre del lado interior del aislamiento, lo que asegura un aprovechamiento de su capacidad teórica de almacenamiento térmico de un 90-95% (capacidad térmica útil), frente a un aprovechamiento del 10-15 % que se consigue cuando se coloca al exterior del aislamiento.

Incorporar hasta el 45% de PCM

Esto no es nuevo, ya que desde los años 90 se investiga la integración de PCM en yeso, incluso existe un producto comercial. Sin embargo, hasta ahora el máximo porcentaje de PCM incorporado en paneles de yeso era de un 26%, frente al 45% que se ha conseguido en esta investigación. Esto es debido a que estas sustancias merman la capacidad mecánica del elemento constructivo.

Para evitar problemas con el yeso durante la fase líquida se han elegido como PCMs, parafinas microencapsuladas, fabricadas por BASF. Además, para conseguir un porcentaje elevado de PCMs en el panel y, a la vez, garantizar el cumplimiento de la normativa en cuanto a prestaciones físicas y mecánicas, se han incorporado otros dos aditivos a la mezcla: fibras y fluidificante.

Experimentalmente se han combinado los agregados entre sí -yeso, PCM, fibras y fluidificante-, variando las proporciones para obtener diferentes compuestos. Éstos se han ensayado para conocer sus propiedades físicas (densidad, porosidad, trabajabilidad, tiempo de fraguado,…), mecánicas (dureza, resistencia, flexibilidad,…) y estéticas.

Se ha elegido la combinación que contiene mayor porcentaje de PCMs -45%- cumpliendo con la normativa de aplicación, y se ha ensayado térmicamente. Así se ha conseguido un nuevo elemento constructivo capaz de almacenar, en 1,5 cm de espesor, 5 veces la energía térmica de un panel de yeso convencional con el mismo espesor, y la misma cantidad que una fábrica de ½ pie de ladrillo, en el rango de temperaturas de confort (20-30 ºC). Otra gran ventaja es el corto plazo de amortización de la inversión inicial, de uno a dos años.

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Referencia bibliográfica:

Oliver-Ramirez, A.; Garcia-Santos, A.; Neila-Gonzalez, F. J. Physical and mechanical characterization of gypsum boards containing phase change materials for latent heat storage. MATERIALES DE CONSTRUCCION 61 (303): 465-484 , 2011.

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