Cuantas veces hemos visto las escenas en televisión de gente con palas en la calle o tirando kilos de sal a las carreteras. El hielo y la nieve son un verdadero problema que puede dejar de serlo para la movilidad en las ciudades y países.
Incorporando un material de cambio de fase al hormigón, los investigadores han creado un material autocalentable que puede derretir la nieve y el hielo hasta 10 horas sin usar sal ni palas.
El novedoso material podría reducir la necesidad de arar y echar sal y ayudar a preservar la integridad de las superficies de las carreteras.
Un problema que cuesta 2.300 millones de dólares al año
Según el Departamento de Transportes de Estados Unidos (DOT), más del 70% de las carreteras se encuentran en regiones nevadas. La acumulación de nieve y hielo reduce la fricción de la carretera y la maniobrabilidad de los vehículos, lo que hace que los conductores reduzcan la velocidad y aumenta el riesgo de colisiones. Los carriles y carreteras obstruidos por la nieve también reducen la capacidad de la calzada y aumentan el tiempo de viaje.
El Departamento de Transportes americano afirma que los organismos locales y estatales gastan más de 2.300 millones de dólares al año en operaciones de control de la nieve y el hielo, además de los millones que se gastan en reparar los daños causados a las infraestructuras por la nieve y el hielo.
La sal se utiliza a menudo antes de una nevada para evitar la formación de hielo, pero la solución salina altamente concentrada puede deteriorar el hormigón o el asfalto. Además, cuando el agua se filtra en la carretera y se congela, se expande, provocando presión interna y dañando la calzada.
En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad Drexel de Pensilvania (EE.UU.), un conocido “estado frío”, presentan su hormigón autocalentable: una posible solución para las carreteras cubiertas de nieve y el coste asociado a su limpieza y mantenimiento.
El “material especial” de los investigadores es la parafina, un material llamado de cambio de fase porque libera calor cuando pasa de un estado líquido a temperatura ambiente a un estado sólido cuando bajan las temperaturas. En un estudio anterior, probaron el hormigón de cambio de fase en un entorno de laboratorio térmicamente controlado, pero en el estudio actual, lo probaron en tiempo real, en condiciones del mundo real.
Así se llevaron a cabo los experimentos
Se utilizaron dos métodos para incorporar parafina a las losas de hormigón. En el primero, los áridos ligeros porosos -pequeñas piedras y guijarros que se añaden para dar resistencia al hormigón- se sumergieron en parafina líquida y la absorbieron antes de mezclarla con el hormigón. En el segundo, se mezclaron microcápsulas de parafina directamente con el hormigón.
Los investigadores vertieron tres losas: dos con los distintos métodos de incorporación de parafina y una tercera que no contenía material de cambio de fase.
Las tres han estado a la intemperie, junto a un aparcamiento del campus de la Universidad de Drexel, desde diciembre de 2021. En los dos primeros años, estuvieron expuestos a 32 eventos de congelación-descongelación en los que la temperatura descendió por debajo del punto de congelación, independientemente de la precipitación (es decir, lluvia, llovizna, nieve, aguanieve o granizo), y expuestos a cinco nevadas o una pulgada o más.
La capacidad de derretir nieve y hielo de las placas de 76 cm por 76 cm se controló con cámaras y sensores térmicos. Los investigadores comprobaron que el hormigón de cambio de fase mantenía una temperatura superficial de 5,6 °C a 12,8 °C durante 10 horas cuando la temperatura del aire era inferior al punto de congelación. El calor producido fue suficiente para derretir un par de centímetros de nieve a un ritmo de aproximadamente un cuarto de pulgada por hora.
Los investigadores afirman que la capacidad de impedir que una superficie de hormigón descienda por debajo del punto de congelación ayudará a prevenir su deterioro.
Los investigadores también observaron que las losas eran menos eficaces en caso de acumulación de nieve de más de cinco centímetros. Y que si el material de cambio de fase no tenía la oportunidad de “recargarse” calentándose lo suficiente como para volver a su estado líquido entre congelaciones y descongelaciones o nevadas, su rendimiento podía disminuir.
Planean seguir recopilando datos para evaluar la eficacia a largo plazo de las losas y estudiar cómo la incorporación de materiales de cambio de fase puede prolongar la vida útil del hormigón.
