En el interior de un laboratorio de Texas A&M, un equipo de investigación observa cómo un pequeño recubrimiento de material en una casa en miniatura impresa en 3D logra mantener el habitáculo con una notable diferencia térmica de unos 20 °C durante los procesos de fusión o cristalización, en comparación con una estructura idéntica desprovista de este compuesto. La escena refleja el funcionamiento de los nuevos salogeles, desarrollados por Kartik Kumar Rajagopalan y la Soft Matter Facility de Texas A&M, concebidos para transformar la manera en que los edificios gestionan la energía térmica y reducir el gasto destinado a la climatización.
Esta innovación se enmarca en la búsqueda de soluciones para mejorar la eficiencia energética en la construcción. Los salogeles consisten en geles de polímero cargados de sal hidratada diseñados para acumular energía térmica cuando se instalan en paredes, techos y ventanas. Su principio de funcionamiento se basa en el mismo fenómeno físico por el cual un hielo mantiene fría una bebida mientras se derrite, absorbiendo calor sin elevar su temperatura mediante el uso de materiales de cambio de fase. Hasta la fecha, la parafina o cera ha actuado como referencia principal en este campo, un mercado en el que históricamente el diseño se ha regido por el método de prueba y error empleando pocos tipos de polímeros y sales.
La superación de los límites históricos de las sales
El uso de sales hidratadas en la arquitectura se había topado tradicionalmente con barreras físicas insalvables. Al fundirse, estos compuestos se volvían completamente líquidos, se escurrían por las estructuras y algunos de ellos terminaban por separarse en distintas capas. Aunque en el pasado se intentó recurrir a soportes porosos o a la encapsulación tradicional para contenerlos, estas técnicas limitaban la proporción de sal a menos del 70 por ciento del total del material y complicaban notablemente los procesos de fabricación industrial.
Frente a esos inconvenientes, la nueva tecnología desarrollada en Texas A&M utiliza redes de polímeros con enlaces reversibles que consiguen retener entre el 80 y el 95 por ciento de la capacidad de almacenamiento térmico de la sal pura utilizando una cantidad muy reducida de polímero. Además, las sales hidratadas presentan ventajas sustanciales frente a la parafina: guardan más del doble de calor por volumen, no son inflamables y pueden resultar más económicas. Un ejemplo destacado es el cloruro de calcio hexahidratado, un subproducto derivado de la fabricación de carbonato sódico que ilustra el aprovechamiento de recursos.
El diseño de estos compuestos responde a un cambio de paradigma conceptual en la ingeniería de materiales. Según explicó Kartik Kumar Rajagopalan al detallar las bases del proyecto, los salogeles representan un cambio de simplemente almacenar calor a diseñar materiales multifuncionales que combinan almacenamiento y conversión de energía térmica. El investigador añadió además que al entender cómo interactúan los polímeros con las sales hidratadas a nivel molecular, podemos empezar a diseñar materiales con propiedades a medida para aplicaciones energéticas reales.
Aplicaciones prácticas y próximos retos
Las aplicaciones prácticas de estos geles abarcan tanto opciones de carácter pasivo como activo. En el primer caso, se pueden integrar en tejados, paredes o ventanas para aprovechar el vaivén térmico entre el día y la noche. En las ventanas, por ejemplo, el gel se funde durante las horas diurnas, volviéndose transparente y ayudando a refrescar el espacio, mientras que por noche cristaliza, desprende calor almacenado y adopta un aspecto opaco. En su vertiente activa, los compuestos pueden instalarse en módulos específicos de aire acondicionado o sistemas de agua caliente sanitaria.
Las pruebas realizadas hasta la fecha incluyen ensayos a pequeña escala, como el uso de un gel de acetato de sodio trihidratado colocado en tres tubos bajo el suelo de una casa modelo, donde la liberación de calor podía activarse de forma independiente en uno, dos o en la totalidad de los conductos. A pesar de estos avances, la tecnología todavía afronta diversos obstáculos pendientes antes de su implantación comercial masiva en el sector de la construcción. Entre los retos principales figuran hallar el equilibrio adecuado entre la resistencia mecánica y la capacidad de almacenamiento, lograr que el sistema libere el calor exactamente cuando se precisa, proteger el material frente a las oscilaciones de humedad ambiental, desarrollar métodos de fabricación a gran escala y comprobar su rendimiento real y el ahorro energético en un edificio convencional tras un uso prolongado y numerosos ciclos térmicos.
Para superar estas limitaciones, los autores del avance proponen recurrir a herramientas avanzadas como la simulación y la inteligencia artificial, explorar nuevas mezclas de sales y polímeros con alta capacidad de retención térmica, e incorporar técnicas de fabricación innovadoras como la impresión 3D y las fibras de gel. Aunque los datos disponibles reflejan que todavía no se comprende por completo el mecanismo exacto por el cual la red polimérica impide que ciertas sales permanezcan en estado líquido cuando la temperatura desciende, el trabajo ya sienta las bases para una nueva generación de componentes arquitectónicos orientados a la sostenibilidad.
Por la redacción de GUAY.news.
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