Materiales de Cambio de Fase aplicados a edificaciones ecuatorianas

Los materiales con los que se edifica una vivienda juegan un papel primordial al momento de generar un ambiente saludable y confortable al interior. Sin embargo, en Ecuador se ha dado importancia a las propiedades mecánicas de los materiales (resistencia, compresión, dureza, elasticidad) para garantizar niveles adecuados de seguridad y se han dejado de lado sus propiedades térmicas (conductividad, calor específico, dilatación) Este hecho provoca que actualmente el 45% de viviendas en el país aún mantengan condiciones inadecuadas de habitabilidad según datos del Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (Miduvi). Por ello es importante continuar con la evaluación térmica de los materiales y su interacción con el ambiente interior de una edificación. En este sentido, en los últimos años se han desarrollado estudios sobre materiales que mejoren las condiciones térmicas de una edificación. Un tipo de material bien conocido, aunque poco aplicado, es el aislante térmico. Por otro lado, recientemente surgió una corriente de investigadores que ha demostrado el impacto positivo que tienen los Materiales de Cambio de Fase (MCF) que son los que a temperaturas ambiente pasan de estado sólido a líquido y son aplicados en el sector de la construcción, pero no han sido probados a nivel nacional.

Todos los materiales tienen la capacidad de absorber calor, propiedad que es conocida como capacidad térmica o calor específico. Los MCF tienen un punto de fusión, entendido como el momento en que inicia su transformación de sólido a líquido, que varía en el rango de la temperatura ambiental (entre 18 y 28 °C) por lo que se derrite a temperaturas relativamente bajas. Para que toda la masa del material se derrita completamente debe absorber gran cantidad de energía proveniente de la radiación solar y energía térmica del aire, casi sin aumentar su temperatura. Este proceso es aprovechado en una edificación para demorar la transferencia de calor desde el exterior hacia el interior y además es capaz de entregar toda la energía almacenada como calor de vuelta a la vivienda cuando se solidifica. De esta manera, el material sirve como una barrera de termorregulación que puede aprovecharse para mantener una temperatura más estable dentro de la vivienda.

Con el fin de evaluar el potencial de los MCF y mejorar las condiciones de habitabilidad en Ecuador, el Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER) tiene el objetivo de analizar estos materiales como primer acercamiento, en viviendas ubicadas en lugares con climas cálidos del país. Para este propósito se utilizan simulaciones energéticas de edificaciones para evaluar el impacto de los materiales en el ambiente interior de las mismas. Se ha tomado como referencia la vivienda social creada por el Miduvi en el marco del Programa Nacional de Vivienda Social que cuenta con un área de 36 m2 distribuidos en dos dormitorios, sala y comedor, donde se alberga a cuatro personas y está ubicada en Guayaquil. Los materiales usados en esta vivienda son generalmente bloque de concreto para las paredes, losa de cemento en el piso y una cubierta metálica. Con el objetivo de mejorar el comportamiento térmico del sistema constructivo de referencia, se pueden acondicionar los MCF en las paredes y cubierta de la vivienda. El MCF usado en el análisis, Rubitherm 24E, es un material comercial elaborado por un laboratorio alemán y puede ser envasado en contenedores de acrílico, aluminio o embebidos directamente en el material principal.

Para evaluar el comportamiento de los MCF, se compara la vivienda referencial con materiales comunes versus el modelo mejorado, analizando el porcentaje de los días en los que se logra confort dentro de la vivienda. Se tomó como referencia la norma europea EN 15251:2007, que proporciona un método de cálculo adecuado para viviendas que usan únicamente métodos adaptativos (sin usar sistemas de climatización mecánicos) para regular las condiciones de temperatura interior como operación de ventanas, modificación de la vestimenta, entre otras. En esta norma se considera aceptable hasta el 15% de insatisfacción por parte de los ocupantes.

Al analizar el potencial del uso de MCF en un clima cálido como el de Guayaquil, el comportamiento térmico de la vivienda mejora, al compararse con el uso de materiales de construcción comunes, que provocan que la temperatura superficial interior siga la tendencia de la temperatura exterior, lo que hace que el interior de la edificación se caliente más.

Los MCF pueden usarse en edificaciones con sistemas mecánicos de climatización con el fin de reducir la demanda energética. Este estudio representa un punto de partida para continuar investigando el potencial de estos materiales en otras tipologías de edificación y climas del país, así como el consecuente ahorro energético. (O)