Material de Cambio de Fase (PCM), Inercia térmica 100 veces más eficiente

INTRODUCCIÓN

La abreviatura que se utiliza para estos materiales, PCM, proviene de sus siglas en inglés (Phase Change Materials). Son materiales con la capacidad de almacenar energía mediante su cambio de estado, en forma de calor latente.

Dentro de las muchas aplicaciones industriales que tienen este tipo de materiales, me interesa destacar su capacidad para aumentar significativamente la inercia térmica en los edificios, reduciendo considerablemente el peso y espesor de los muros.

 

La importancia de la inercia térmica

La inercia térmica juega un papel muy importante a la hora de alcanzar y mantener las condiciones de confort en un edificio. Las edificaciones con una gran inercia térmica mantienen la temperatura interior más estable. Funciona mediante el intercambio energético con el ambiente, como un gran almacén de energía, evitando los picos de temperatura y generando así situaciones de mayor confort. Ésta propiedad depende de la masa, del calor específico de los materiales y del coeficiente de conductividad térmica.

Principios físicos de los PCM

Para entender los principios físicos de los PCM es necesario comprender las siguientes formas de almacenar energía térmica:

Calor sensible: Cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo sin que en el ocurran cambios en su estado físico (cambio de fase), aumentando o disminuyendo su temperatura.

Calor latente: La energía que recibe el material se ocupa de realizar el cambio de estado pero no cambia su temperatura. Mientras ocurre este fenómeno de “cambio de fase” la temperatura del cuerpo permanece constante.

Un ejemplo muy común es lo que ocurre con el agua. El hielo se funde a 0ªC, y hasta que no se haya fundido completamente la temperatura no varía. Una vez fundido, si seguimos aplicando calor la temperatura incrementa hasta alcanzar los 100ºC, donde comenzará a evaporarse. La temperatura se mantendrá a 100ºC hasta que toda el agua se haya convertido en vapor. Si seguimos calentando lo que conseguiremos es que el vapor aumente de temperatura. El comportamiento del agua se corresponde con el siguiente gráfico:

La principal ventaja de los PCM es que almacenan grandes cantidades de energía a la temperatura de confort (21-23ºC) a través de su cambio de estado, en forma de calor latente. Como se observa en la siguiente tabla, el calor que almacenan los PCM en el rango de temperaturas de confort es más de 100 veces superior al que almacenarían los materiales más comunes en edificación.

 

Aplicaciones en la edificación (como inercia térmica)

Estos materiales trabajan intercambiando energía con el ambiente. Este intercambio se produce principalmente por superficie, aunque en determinados casos se fuerza este intercambio de energía ventilándolos. Por lo tanto la situación óptima serán las mayores superficies libres de una vivienda, como pueden ser los techos y las paredes o en cámaras bajo el suelo incorporando sistemas de ventilación.

Por otro lado, si lo que se desea es mezclar los PCM con otro material, la mejor opción son las parafinas microencapsuladas, consideradas actualmente como el PCM óptimo para este tipo de aplicaciones. Bien por su carencia de reactividad con otros materiales, bien por su capacidad de mezclarse como si de un árido se tratase. No debemos olvidar que estos PCM tienen un alto coste y sus posibles problemas a la hora de separarlos del material y reciclarlos.

 

Tipos de PCM para edificación

Sales hidratadas: bajo coste y capacidad de almacenamiento de grandes cantidades de calor por unidad de volumen, en comparación con las sustancias orgánicas. Pero a causa de sus problemas de súper-enfriamiento, segregación en el cambio de fase y corrosión se comenzó a investigar otro tipo de materiales, las parafinas.

Parafinas: Estos materiales presentaban una menor capacidad de almacenamiento y eran más costosos, sin embargo son más resistentes a la corrosión y mucho más estables. Además, se puede controlar la temperatura a la que se desea que cambien de fase, lo que les confiere un mejor comportamiento térmico. Han sido muchos los usos que se le han dado a estos materiales, pero es una capacidad en concreto la que merece ser destacada: la microencapsulación.

Parafinas microencapsuladas: El objetivo principal de la microencapsulación es la impermeabilidad que se le aporta a las parafinas. Esta propiedad consigue que el material no reaccione con otros elementos, se proteja de ser tóxico o nocivo, que no sea volátil y sobre todo que el cambio de estado se produzca en el interior de la propia microcápsula. Mediante esta propiedad se han llevado a cabo investigaciones para determinar cómo se pueden combinar estos materiales con otros convencionales de construcción.


Generalmente estas microcápsulas son polímeros (acrílicos) de color blanco, que dentro albergan las parafinas, que son una especie de ceras. Se distribuyen en un polvo seco y tienen un tamaño de entre 0,1 y 0,6 mm.

Angel Sánchez Inocencio

Colegiado COAATIE Albacete

 

 

 

 

Material de Cambio de Fase (PCM), Inercia térmica 100 veces más eficiente

Material de Cambio de Fase (PCM), Inercia térmica 100 veces más eficiente

Otras publicaciones

Guía de materiales para una construcción sostenible
  • 2 jul. 2015

  • 1215

Guía de materiales para una construcción sostenible

Materiales y sistemas constructivos Construcción sostenible En la construcción convencional, la mayoría de los materiales utilizados tienen altos costes medioambientales, ya que precisan un elevado gasto energético para su extracción, transporte y transformación. Además, la industria química incorpora sustancias nuevas a los materiales que mejoran sus características técnicas, pero a costa de sus cualidades biológicas y de su inocuidad medioambiental, perjudicando la salud y el medio ambiente. También se está produciendo una sobreexplotación de recursos y un imparable aumento de residuos que, además de ocupar un gran volumen, en su mayoría son contaminantes, no biodegradables o bien su reciclaje o eliminación supone un coste desorbitado. Los materiales más usados en la construcción actual tienen un alto coste energético y ambiental; además algunos son problemáticos para la salud: El hierro altera el campo magnético natural por lo que debemos limitar su utilización. El aluminio no perjudica la salud pero tiene unos costes energéticos y ambientales muy altos. El cobre, en conducciones de agua puede producir óxidos tóxicos. El cemento lo utilizaremos con moderación ya que teniendo buenas cualidades técnicas, pero sus cualidades bióticas son muy pobres. Los aislantes de espuma de poliuretano, lana de vidrio y poliestireno impidenla respiración de las paredes, despiden partículas nocivas o acumulan electricidad estática. Otros materiales que tenemos que evitar son los que contienen: Asfalto (pinturas, láminas impermeabilizantes...), Formaldehído (colas, lacas, aglomerados...), Lindano (protectores de la madera), Fenol (resinas, colorantes, desinfectantes...), Pentaclorofenol (protectores de la madera), Alquitrán (impermeabilizantes...), Tolueno (pinturas...), Cloruro de vinilo (P.V.C.) (carpinterías, tuberías, instalaciones eléctricas, pavimentos, revestimientos...) Los materiales que podemos considerar sostenibles serán aquellos que en su elaboración y utilización se ahorre energía, eviten al máximo la contaminación, respeten la salud de los moradores en las viviendas que se empleen y deberán ser reciclables. Daremos prioridad a la utilización de materiales de procedencia local y de bajo coste energético, procurando que tengan características bióticas: Naturales (poco elaborados). Saludables(libres de toxicidad o radioactividad). Perdurables. Reciclables, reutilizables o biodegradables. Transpirables (permeables al vapor de agua y al aire) Higroscópicos (capaces de absorber, retener y volver a evaporar la humedad ambiental). Entre los materiales de construcción que podemos emplear para la construcción de una casa sostenible o ecológica están: o La madera siempre que esté libre de tratamientos tóxicos y proceda de una gestión forestal sostenible. En la actualidad se fabrican carpinterías de madera perfectamente estancas a precios muy competitivos. Además, con la aplicación de productos de poro abierto, se reduce el mantenimiento y aumenta su duración. La madera, usada ecológicamente, tiene unas características técnicas y biológicas excepcionales: calor, vitalidad, olor agradable, resistente, elástica, es ligera, poca conductividad, aislante térmico y acústico, permeable a la radiación terrestre y no se carga electrostáticamente. El yeso natural y la cal que son materiales con muchas aplicaciones y con excepcionales propiedades bióticas. Tenemos que descartar los sustitutos sintéticos y artificiales procedentes de residuos industriales y procesos químicos. o El barro cocido para ladrillos, tejas, bloques, losas, revestimientos, etc. Siempre que la cocción se realice a temperatura inferior a 950º para conservar las cualidades de la tierra: higroscopicidad, aislamiento, baja radiactividad y muy buena inercia térmica (capacidad de almacenar calor o frío). o El biohormigón elaborado con cementos de categoría A1 por su bajo contenido en escorias, preferentemente blanco y arenas y gravas calcáreas (no las cuárcicas y silíceas que tiene altos niveles de radioactividad) . También los hormigones ligeros con arlita, corcho o virutas de madera. La lana de roca para aislamiento . Se empleará con reservas ya que tiene buenas cualidades pero es poco permeable a las radiaciones naturales. La arlita para aislamiento. Es un mineral expandido por calor con excelentes cualidades como aislante térmico y acústico. El corcho aglomerado es un producto natural que tiene excelentes prestaciones como aislante térmico y acústico. Su conductividad es muy baja, es permeable a la radiación terrestre, es ignifugo, imputrescible, no acumula electricidad estática, no emite vapores ni partículas tóxicas, y no absorbe humedad por lo que mantiene sus cualidades aislantes. Usaremos también otros materiales como el cristal con múltiples propiedades y aplicaciones, la piedra , preferentemente la calcárea (menos radiactiva que los granitos y otras piedras cristalinas). Planchas aislantes de viruta de madera, de cáñamo, de papel reciclado, etc. Las pinturas al silicato son pinturas minerales que se integran con el soporte y permiten la respiración de la vivienda. Se utilizan en interiores y exteriores, son lavables y muy duraderas. También se utilizan otras pinturas cuyos componentes se han seleccionado por su nula o baja toxicidad. Para la protección de la madera se usan las sales de bórax para prevenir el ataque de insectos y hongos, y para el acabado se emplea el aceite de linaza, productos de poro abierto que dejan transpirar a la madera a la vez que la protege. En las instalaciones de fontanería, saneamiento y electricidad utilizaremos el polipropileno, polibutileno y polietileno (plásticos no clorados) que es la mejor opción frente a otros materiales como el P.V.C., fibrocemento, cobre, plomo, hierro, etc., ya que su fabricación es menos contaminante y no se utilizan colas tóxicas para su ensamblaje en la obra. Con la publicación de esta guía, hemos querido recopilar el mayor número de materias sostenibles existentes en el mercado, para que el Técnico, en la medida de lo posible, asesore a los clientes en la elección de materiales más saludables, favoreciendo a un desarrollo más sostenible y respetando la salud de las personas. En la actualidad, cada día mas, aparecen con asiduidad materiales sostenibles en el mercado, por lo que el Colegio de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de la Región de Murcia irá actualizando esta guía de materiales, con el fin de que de una forma sencilla sepamos de los materiales que disponemos y de esta forma sea fácil la utilización de los mismos y su uso pueda ser cada vez mas generalizado, contribuyendo a un desarrollo sostenible. COAATIEMU (Colegío Oficial de Aparejadores, Arquitectos Técnicos e Ingenieros de Edificación de la Región de Murcia)1ª edición, mayo 2013 ISBN 978-84-89882-36-3 Depósito Legal: V. 2.088 - 2008 Edita: COAATIEMU Avenida Alfonso X El Sabio, 2 - 30008 MURCIA Tel. 968 27 44 11 - www.coaatiemu.es Diseño, maquetación e impresión: Murcia Multimedia S.L. Impreso en España por Artes Gráficas Soler, S.L. www.graficas-soler.com  

Guía Práctica para los morteros de cal aérea apagada y de sus mezclas con yeso y cemento
  • 20 jul. 2015

  • 6562

Guía Práctica para los morteros de cal aérea apagada y de sus mezclas con yeso y cemento

Materiales y sistemas constructivos Esta Guía tiene por objeto proporcionar un conjunto de recomendaciones para la utilización de la cal aérea apagada y de sus mezclas con cemento o con yeso, utilizadas en la fabricación de morteros para su empleo en revestimientos, de tal modo que faciliten la obtención de productos durables y fiables, respondiendo a unas características especificadas, y que, además, sirvan de ayuda para los utilizadores de estos materiales. Ver en la fuente original.

Libro blanco del Poliuretano Proyectado
  • 3 mar. 2015

  • 5878

Libro blanco del Poliuretano Proyectado

Materiales y sistemas constructivos El descubrimiento del poliuretano se remonta al año 1937, gracias a las investigaciones desarrolladas por Otto Bayer. Se empezó a utilizar en la década de los 50, ya que hasta entonces no existieron máquinas capaces de procesarlo. Los sistemas de poliuretano, hoy en día, son muy versátiles y permiten una gama amplísima de aplicaciones que forman parte de nuestra vida. Su uso es muy extenso, y en la edificación, como aislamiento térmico, acústico e impermeabilizante. Las materias primas proceden de dos productos: el petróleo y el azúcar, para obtener, después de un proceso químico de transformación, dos componentes básicos, llamados genéricamente ISOCIANATO y POLIOL. La mezcla en las condiciones adecuadas de estos dos componentes nos proporcionará, según el tipo de cada uno de ellos y los aditivos que se incorporen, un material macizo o poroso, rígido o flexible, de celdas abiertas o cerradas, etc. Ver en la fuente original.