Investigadores de la Universidad Drexel están desarrollando un nuevo tipo de concreto que podría transformar la forma en que lidiamos con la nieve y el hielo en climas fríos. Han creado losas de concreto que incorporan un material innovador capaz de generar calor por sí solo, evitando la necesidad de palear, usar sal o recurrir a otros métodos para despejar las superficies.
Imagine un parche de concreto en un campus universitario que anticipa un futuro libre de heladas para las aceras y carreteras de las regiones del norte. Eso es precisamente lo que está sucediendo en la Universidad Drexel. Durante más de tres años, dos losas de concreto de 30 por 30 pulgadas se han mantenido libres de nieve, aguanieve y lluvia helada, sin necesidad de intervención manual. La clave está en un componente especial que permite al concreto calentarse por sí mismo cuando nieva o las temperaturas bajan a punto de congelación.
Este «concreto autocalentable» representa un gran avance en la creación de infraestructuras más resistentes y adaptables al clima. En el norte de Estados Unidos, por ejemplo, la eliminación de nieve y hielo cuesta a los estados miles de millones de dólares cada año, sin mencionar el daño que el clima frío causa a las carreteras y otras superficies de concreto.
El Dr. Amir Farnam, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería de Drexel, dirige el equipo de investigación detrás de este proyecto. Su objetivo es incorporar materiales especiales en el concreto que lo ayuden a mantener una temperatura superficial más alta durante el invierno, evitando así la congelación y descongelación cíclicas que deterioran las superficies.
Durante los últimos cinco años, el equipo ha estado desarrollando una mezcla de concreto resistente al clima frío. Su trabajo anterior demostró la capacidad del material para derretir nieve y prevenir la formación de hielo en entornos de laboratorio. Esta nueva investigación da un paso crucial al probar su eficacia en el mundo real.
La clave tras esta nueva tecnología
El secreto del calentamiento del concreto radica en la incorporación de parafina líquida a baja temperatura. Este material, conocido como material de cambio de fase (PCM por sus siglas en inglés), libera calor cuando cambia de estado, pasando de líquido a sólido a medida que la temperatura desciende.
Los investigadores probaron dos métodos para incorporar el PCM en las losas de concreto: tratar agregados livianos porosos con parafina o mezclar microcápsulas de parafina directamente en el concreto. Desde diciembre de 2021, tres losas (una con cada método y otra sin PCM como control) han estado expuestas a la intemperie.
Los resultados son prometedores. Las losas con PCM lograron mantener una temperatura superficial entre 10 y 13°C (42 y 55°F) durante hasta 10 horas cuando la temperatura del aire bajó a punto de congelación. Este calor es suficiente para derretir unos pocos centímetros de nieve a un ritmo de aproximadamente medio centímetro por hora. Si bien esto podría no ser suficiente para una nevada intensa, sí representa una ayuda significativa para deshielarla y mejorar la seguridad del tránsito.
Además de derretir la nieve, el concreto autocalentable también ayuda a prevenir el deterioro causado por los ciclos de congelación y descongelación. Estas fluctuaciones extremas de temperatura hacen que la superficie se expanda y contraiga, lo que con el tiempo genera grietas y daños estructurales.
Los investigadores observaron que las losas con PCM lograron estabilizar su temperatura por encima del punto de congelación cuando la temperatura ambiente descendía. Esto indica un potencial para extender la vida útil del concreto al minimizar el daño por heladas.
Las pruebas también revelaron algunas diferencias entre los dos métodos de incorporación del PCM. La losa con agregado ligero tratado rindió mejor en cuanto a la duración del calentamiento, manteniendo la temperatura por encima del punto de congelación hasta 10 horas. Por otro lado, la losa con microcápsulas de PCM se calentó más rápido, pero el efecto duró solo la mitad del tiempo.
Los investigadores creen que esto se debe a la distribución del material dentro de las losas. El PCM disperso en los poros del agregado libera calor de manera gradual en un rango de temperatura más amplio, en comparación con la concentración puntual dentro de las microcápsulas.
Si bien ambas aplicaciones lograron elevar la temperatura del concreto lo suficiente para derretir nieve, su desempeño se vio afectado por la temperatura inicial del aire y la intensidad de la nevada. Las losas no pueden derretir completamente acumulaciones de nieve superiores a 5 centímetros. Sin embargo, son muy efectivas para nevadas menores y pueden ayudar a deshielarlo, eliminando la necesidad de aplicar sal antes de una nevada fuerte.
El equipo de Drexel continuará investigando y optimizando el concreto autocalentable con PCM. Se espera que en los próximos años se realicen pruebas a mayor escala en diferentes condiciones climáticas. La comercialización de este material podría revolucionar la forma en que construimos y mantenemos nuestras infraestructuras en climas fríos.
