Mientras el debate sobre el consumo eléctrico de los aparatos de aire acondicionado se reaviva tras la enésima ola de calor, hay científicos e ingenieros que se afanan en sus laboratorios para desarrollar soluciones de refrigeración pasiva en arquitectura mucho más eficientes. Y algunas de ellas innovan tirando de diseños con sesenta millones de años de antigüedad.

En este caso, tal como sucede con otras tecnologías biomiméticas que hemos abordado en esta página, los investigadores han recurrido a estructuras procedentes del reino animal, concretamente de los elefantes. En este artículo te contamos los entresijos de un nuevo cemento que mantiene los edificios frescos gracias a una red de poros inspirada en la piel de estos mamíferos. 

Los elefantes africanos se enfrentan a diario a temperaturas extremas en entornos áridos sin la capacidad de sudar como los humanos. Su secreto para no sobrecalentarse está a flor de piel, gracias a una densa red de grietas y canales microscópicos que retienen el agua y el barro. Esta estructura, que recuerda a la tierra agrietada en épocas de sequía, multiplica la superficie de contacto con el aire y distribuye la humedad por capilaridad a lo largo de todo el cuerpo, un proceso que optimiza el enfriamiento por evaporación.

Un equipo multidisciplinar de investigadores de la Universidad de Pensilvania ha trasladado este mecanismo fisiológico al campo de los materiales de construcción. Al replicar la topografía arrugada de la piel de estos animales y trasladarla a unas losetas de cemento poroso, han diseñado un revestimiento para fachadas que se comporta como una “piel viva” para los edificios. Es lo que se conoce como arquitectura bioclimática.

El principio físico tras este avance combina la retención capilar con la evaporación regulada. Es decir, las losetas de cemento no presentan una superficie lisa convencional, sino un patrón geométrico de microcanales entrecruzados que absorben el agua de la lluvia o el rocío nocturno. Estas son las principales propiedades del material.

1. Efecto mecha capilar. La red de microgrietas distribuye el agua de forma homogénea por toda la superficie de la loseta, lo que evita la acumulación en zonas concretas y acelera la tasa de evaporación.
2. Ampliación de la superficie de intercambio. La rugosidad inspirada en la piel de los elefantes incrementa el área expuesta al aire sin aumentar el volumen del bloque, una propiedad que maximiza la disipación del calor.
3. Enfriamiento por evaporación. A medida que la humedad retenida en el cemento se evapora bajo la radiación solar, extrae energía térmica de la fachada. Este proceso reduce la temperatura interior de la estructura de manera natural. Se trata, a fin de cuentas, del mismo mecanismo con que los botijos mantienen fresca el agua en verano.

Los ensayos de laboratorio revelan que este revestimiento biomimético logra reducir la temperatura superficial de los muros exteriormente en varios grados. “Una fachada de refrigeración pasiva y bioinspirada como esta podría reducir las temperaturas superficiales en 6–11 °C en comparación con el estuco convencional”, explica la profesora Shu Yang, uno de los miembros del proyecto. Esta diferencia térmica disminuye el flujo de calor hacia el interior de las viviendas y reduce las necesidades de climatización artificial durante las horas pico.

A diferencia de los sistemas de aire acondicionado convencionales, que consumen electricidad y expulsan aire caliente al exterior, este material funciona como una solución de refrigeración pasiva sin consumir electricidad durante su funcionamiento. Su integración en entornos urbanos podría suponer una herramienta eficaz para mitigar el fenómeno de la “isla de calor”, un problema acentuado por la acumulación de asfalto y superficies oscuras en las ciudades.

• El azul egipcio. Basado en el silicato de cobre y el calcio, este pigmento de un azul intenso se considera el primer pigmento sintético de la historia. Investigaciones del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley revelan que el azul egipcio emite casi el 100% de los fotones solares recibidos en forma de radiación infrarroja. Esto supone una eficiencia energética del 70%, ya que la luz infrarroja contiene menos energía que la visible, mientras que el resto de la radiación recibida se disipa en forma de calor. Es lo que se conoce como enfriamiento radiativo pasivo.
• Materiales con memoria. Otro enfoque es el uso de materiales con memoria que modifican su comportamiento en función de las condiciones medioambientales. Inspirándose en la capacidad de las piñas de las coníferas para abrir y cerrar sus escamas de manera higromorfa en respuesta a la humedad ambiental sin consumir energía, investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han desarrollado sistemas de climatización e iluminación pasiva para edificios. Esta tecnología biomimética permite crear fachadas móviles y persianas inteligentes que se autorregulan según el clima exterior, lo que optimiza la ventilación y la entrada de luz natural.
• Madera refrigerante. Un tercer enfoque pasa por modificar la composición de un material para que adopte capacidades de enfriamiento radiativo pasivo. Es el caso de un nuevo tipo de madera prácticamente blanca. Gracias a la eliminación de la lignina presente en la madera, los investigadores de la Universidad de Maryland han conseguido que esta emita radiación infrarroja de rango medio, esto es, aquella que se proyecta hacia el espacio exterior y reduce la temperatura de un edificio. Además, es ocho veces más resistente que la madera convencional.

Si quieres leer acerca de otros materiales con capacidades insólitas, te recomendamos este artículo sobre un bioplástico que emula la seda de las arañas o los materiales de cambio de fase que conservan el frío y el calor y lo liberan posteriormente.

Fuente:

• TechXplore