National Gypsum, una compañía de Carolina del Norte, está poniendo a prueba unas láminas de cartón yeso—los paneles con los que se construyen las paredes en la mayoría de los nuevos edificios—que contienen unas cápsulas capaces de absorber el calor para enfriar de forma pasiva el edificio. Las cápsulas, fabricadas por el gigante de los componentes químicos BASF, se pueden incorporar dentro de una variedad de materiales de construcción que ya se encuentran en algunos productos en Europa.
Los materiales de “cambio de fase” dentro de las cápsulas de BASF mantienen las habitaciones frescas de forma muy similar a la que los cubos de hielo enfrían una bebida: mediante la absorción del calor a medida que se derriten. Cada cápsula de polímero contiene ceras de parafina que se derriten a temperatura ambiente, permitiendo que la temperatura de la habitación sea constante a lo largo del día. Las ceras funcionan mejor en climas donde la temperatura caiga por la noche, permitiendo que los materiales de dentro de las cápsulas se solidifiquen y liberen el calor que han estado almacenando durante el día.
En algunos climas del sur de Europa, por ejemplo, los materiales absorben la suficiente cantidad de calor durante el día como para ahorrar un 20 por ciento de la electricidad utilizada por los sistemas de aire acondicionado. En el norte de Europa, donde las temperaturas noctu as son más frías, un edificio que incorpore los materiales podría no necesitar aire acondicionado en absoluto, afirma Peter Schossig, ingeniero en el Fraunhofer Institute de Munich, Alemania, y cuyo grupo de investigación trabajó con BASF para desarrollar las cápsulas.
El trabajo es parte de una iniciativa dentro de la industria de la construcción por crear materiales más verdes que ayuden a mantener temperaturas confortables sin usar electricidad. Según la Administración de Información sobre la Energía de los EE.UU., los edificios consumen más de un 70 por ciento de la electricidad generada en América, y alrededor de un 8 por ciento de esa energía se usa para el aire acondicionado en los hogares y oficinas. Los materiales de construcción de peso ligero y amplia utilización, como los marcos de madera y las láminas de cartón yeso, permiten a los contratistas crear edificios rápidamente, pero no almacenan demasiado calor, por lo que las temperaturas interiores fluctúan a lo largo del día.
Los materiales de cambio de fase ofrecen una forma de añadir masa térmica a los materiales de construcción de peso ligero, señala Leon Glicksman, profesor de tecnología de la construcción e ingeniería mecánica en MIT. Desde los años 50, varias compañías han intentando desarrollar sistemas de enfriamiento pasivo que tomen partido de los materiales de cambio de fase. Sin embargo su éxito se ha visto limitado puesto que es difícil incorporar estos nuevos materiales a las substancias de los edificios ya existentes.
BASF fabrica las microcápsulas mediante el batido rápido de la cera derretida en agua caliente. Puesto que la cera y el agua se repelen, la cera acaba formando pequeñas gotas. Cuando los investigadores añaden precursores acrílicos a la mezcla, la repulsión entre la cera y el agua hace que se forme una capa sobre la superficie de la gota. Finalmente, añaden un catalizador para formar una cáscara de polímero acrílico alrededor de la cera. Después, la mezcla húmeda resultante puede ser incorporada en el polvo utilizado para fabricar los paneles de yeso, o se puede secar y ser incorporada en otros materiales de construcción, incluyendo el hormigón y el yeso.
nEl gigante de los componentes químicos DuPont también fabrica materiales de cambio de fase encapsulados y los ha logrado incorporar en paneles absorbentes de calor que ya están a la venta en los mercados europeos. La estrategia de BASF es un poco distinta: la compañía vende las cápsulas a otras compañías para que sean incorporadas en una amplia variedad de materiales de construcción, incluyendo paneles de techo, bloques de hormigón aireado, y paneles de cartón yeso. Basándose en los precios de la electricidad y las condiciones climáticas en Alemania, un estudio llevado a cabo por BASF estima que un hogar familiar fabricado con yeso que incorpore 360 gramos del material de cambio de fase (con un coste de 4.883 dólares) ahorraría la suficiente electricidad como para recuperar el coste en cinco años.
National Gypsum está trabajando con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y el Consejo Coordinador de Tecnologías Emergentes de Califo ia para poner a prueba sus paneles absorbentes de calor, que serán puestos a la venta bajo el nombre de Thermalcore. Los paneles están hechos con una mezcla de la solución acuosa de microcápsulas de BASF y yeso, el mineral utilizado para fabricar los paneles. Las parafinas utilizadas por BASF se pueden ajustar para que se derritan a distintas temperaturas; las de los paneles de National Gypsum se vuelven líquidas a 22,8 ºC (alrededor de 73 ºF). Según la compañía, los paneles pueden almacenar 22 unidades termales británicas por pie cuadrado.
National Gypsum tardará al menos un año en poner a prueba el rendimiento de los paneles a lo largo de las cuatro estaciones antes de ponerlos a la venta. Un portavoz afirma que la compañía podría reformular los paneles para incluir un mayor o menor número de cápsulas, dependiendo de su rendimiento en el clima del oeste de los Estados Unidos. Los datos de las pruebas de campo también se utilizarán para crear un modelo de la cantidad de consumo energía que los paneles ayudan a ahorrar.
Hasta ahora, las cápsulas absorbentes de calor sólo se han puesto a prueba en sistemas pasivos. Sin embargo también podrían utilizarse en sistemas activos dentro de climas más cálidos, afirma Glicksman desde MIT. “En los edificios comerciales, se podría encender el aire acondicionado por la noche cuando la electricidad es más barata y utilizar los materiales de cambio de fase para mantener las temperaturas más bajas durante el día,” afirma. Schossig señala que su grupo de investigación y BASF están reuniendo datos procedentes de los sistemas experimentales activos.