El secreto de los edificios que regulan su temperatura inspirado en las orejas de elefantes y liebres

Un grupo de ingenieros de la Universidad Drexel desarrolló materiales de construcción inspirados en la fisiología de elefantes y liebres, integrando una red interna de canales rellenos de parafina.

Este avance, presentado en el Journal of Building Engineering, abre la posibilidad de que las superficies de los edificios contribuyan activamente a la regulación de la temperatura interior. Así, dejan de ser un punto débil para la conservación del calor o el frío y se convierten en aliados para la eficiencia energética.

Los edificios consumen cerca del 40% de la energía mundial. Casi la mitad de ese gasto se destina a mantener una temperatura adecuada en el interior. No obstante, incluso con mejoras en aislamiento, paredes, techos y ventanas representan un 63% de las pérdidas energéticas. Las grandes superficies acristaladas, aunque atractivas en diseño, comprometen el aislamiento térmico, explicó Rhythm Osan, coautor del estudio.

Factores como los puentes térmicos, las fugas de aire y el comportamiento de los materiales dificultan alcanzar una eficiencia energética perfecta. Por ello, el equipo se propuso que las propias superficies puedan desempeñar un rol activo en la regulación térmica.

La solución surgió al observar la red de vasos sanguíneos en las orejas de liebres y elefantes, animales que destacan en la gestión de su temperatura corporal.

Amir Farnam, profesor asociado y líder del proyecto, destacó: “El sistema circulatorio humano regula la temperatura al llevar la sangre a la superficie, provocando enrojecimiento y sudoración; ese proceso de cambio de fase resulta sumamente eficiente, y buscamos replicarlo en materiales para la construcción”.

El laboratorio Advance Infrastructure Materials (AIM) acumula experiencia en materiales inspirados en procesos naturales. Desarrollaron concreto con agentes de cambio de fase para derretir nieve, concreto autorreparable con bacterias y polímeros impresos en 3D para refuerzo estructural.

Los investigadores diseñaron una red de canales internos en materiales cementicios, utilizando una matriz polimérica impresa y, luego, rellenada con parafina. Esta sustancia, similar a la cera utilizada en velas, es capaz de absorber y liberar energía térmica al alternar entre estado sólido y líquido. Cuando la temperatura baja, la parafina libera calor al solidificarse; si aumenta, absorbe calor durante su fusión, enfriando la superficie.

Robin Deb, investigador del laboratorio AIM, detalló que la parafina fue elegida por su confiabilidad para modificar la temperatura de los materiales de construcción, con un punto de fusión ajustado a 18°C. El sistema es adaptable y ofrece la posibilidad de emplear otros materiales de cambio de fase según las condiciones climáticas.

La fabricación implica el uso de un molde polimérico “sacrificial” que se elimina tras la formación del material, dejando canales internos definidos en patrones diversos: canales simples, múltiples, diagonales y en forma de diamante, con grosores entre tres y ocho milímetros.

Las pruebas realizadas mostraron que la red de canales en forma de diamante proporcionaba el mejor equilibrio entre resistencia y regulación térmica. Esta configuración mantuvo la integridad estructural bajo ensayos de tracción y compresión, además de reducir la velocidad de cambio térmico superficial a un rango de 1 a 1,25°C por hora respecto al entorno.

Según Deb, una mayor superficie vascular mejora el desempeño térmico, analogía que coincide con la fisiología animal observada. Esto contribuiría a compensar las variaciones de temperatura en el edificio y reducir la demanda de los sistemas de climatización.

La adición de un agregado fino a la mezcla de cemento incrementa la resistencia del material sin afectar la circulación de la parafina, mejorando la durabilidad del conjunto.

El estudio constituye una prueba de concepto y confirma tanto la eficacia del método como la simplicidad y bajo costo de fabricación. Según Farnam, con pruebas adicionales y mayor escala, este desarrollo podría contribuir significativamente a la eficiencia energética de los edificios.

Los próximos desafíos incluyen experimentar con distintos compuestos de cambio de fase y patrones de canales en modelos de mayor tamaño, a lo largo de ciclos más prolongados y bajo diferentes condiciones ambientales. El objetivo es optimizar el sistema para ajustarse a climas variados y validar su desempeño en contextos reales.

El laboratorio AIM se consolidó como referente en materiales de infraestructura inspirados en la naturaleza. La experiencia previa en concreto con materiales de cambio de fase, técnicas autorreparables y refuerzos poliméricos fue clave en el desarrollo del nuevo material vascular.

Desarrollar materiales de construcción con canales vasculares rellenos de parafina representa una alternativa innovadora y escalable para abordar el reto energético. Tras la correspondiente validación y adaptación, esta tecnología promete contribuir al desarrollo de edificios más sostenibles y eficientes frente al clima.