Los investigadores de la Universidad de Drexel han hecho un descubrimiento que podría crear carreteras que se desvanecen durante las tormentas invernales. ¿Su secreto? —Añadir un poco de cera de parafina a la mezcla de hormigón de la carretera.

En un artículo publicado recientemente en una revista Compuestos de cemento y hormigón investigadores, dirigido por Yaghoob Farnam, Doctor, profesor asistente en la Facultad de Ingeniería de Drexel, Explique cómo sustancias como el aceite de parafina, conocido como "materiales de cambio de fase" en química, pueden usarse en el concreto para almacenar energía y liberarla en forma de calor cuando una carretera necesita derretirse.

Mantener las carreteras abiertas para viajar es un desafío constante durante los meses de invierno, pero los esfuerzos para hacerlos transitables con seguridad, incluido el uso constante de quitanieves, productos químicos para descongelar y sal para carreteras:tienden a deteriorar la superficie. Los productos químicos y las sales de carreteras que se utilizan actualmente para derretir la nieve y el hielo también pueden tener un impacto ambiental deletéreo cuando la escorrentía superficial los lleva a ecosistemas cercanos, lo cual es bastante probable considerando que solo el estado de Pensilvania arroja más de 900. 000 toneladas en las carreteras cada invierno. Así que los investigadores han estado buscando una mejor opción para el invierno que la salazón y el arado durante algún tiempo.

El grupo de Farnam en colaboración con investigadores de Purdue University y Oregon State University, es uno de los primeros en demostrar que el uso de materiales de cambio de fase como una alternativa respetuosa con el medio ambiente puede ser tan eficaz como los métodos estándar de salazón y raspado.

"Los materiales de cambio de fase se pueden incorporar al concreto utilizando agregados livianos porosos o tuberías incrustadas y cuando el PCM se transforma de líquido a sólido durante los eventos de enfriamiento, Puede liberar calor térmico que se puede utilizar para derretir hielo y nieve. ", Dijo Farnam." Al inhibir la formación de hielo y nieve en el pavimento o la superficie del puente, el uso de PCM puede reducir o eliminar la necesidad de productos químicos / sales para descongelar, quitanieves o ambos, lo que ahorra dinero e influye positivamente en el impacto ambiental de tales operaciones ".

Parafina, un ingrediente común en velas, abrillantadores de cera, cosméticos y compuestos impermeabilizantes, fue su material de elección para este esfuerzo porque es orgánico, ampliamente disponible, químicamente estable y relativamente económico. Como todos los materiales de cambio de fase, libera energía térmica cuando cambia su estado físico, lo que significa que a medida que bajan las temperaturas y el aceite comienza a solidificarse, libera energía a través del calor latente de fusión. Esto significa que el aceite de parafina se puede adaptar para incorporar capacidades de deshielo en la superficie de la carretera para que se vuelva térmicamente activo durante eventos de nieve o cuando se necesita deshielo.

Para probar su capacidad para derretir la nieve y el hielo, el equipo creó un conjunto de losas de hormigón, una con tubos llenos de parafina en el interior, uno que contiene agregado liviano poroso que ha sido infundido con parafina, y una tercera losa de referencia sin parafina. Cada uno se selló en un recipiente aislado y luego se cubrió con aproximadamente cinco pulgadas de "nieve" hecha en laboratorio.

Con temperaturas dentro de las cajas entre 35 y 44 grados Fahrenheit, ambas losas tratadas con parafina pudieron derretir completamente la nieve dentro de las primeras 25 horas de prueba, mientras que la nieve de la muestra de referencia permaneció congelada. La losa con los tubos llenos de parafina derritió la nieve un poco más rápido que la compuesta de áridos tratados con parafina. Farnam sugiere que esto se debe a que la parafina dentro de los tubos puede solidificarse más rápidamente, liberando así su energía, debido al diámetro regular de los tubos. Mientras que el diámetro de los poros del agregado varía en tamaño.

Pero en el segundo experimento del grupo, en el que la temperatura del aire ambiente en la caja se redujo a cero antes de agregar la nieve, el agregado tratado con parafina fue más efectivo que los tubos embebidos. Esto se debe a que la presión de los poros capilares retrasó la congelación de la parafina, lo que le permite liberar su energía térmica durante un período de tiempo más largo.

"La liberación gradual de calor debido a los diferentes tamaños de poros en el agregado poroso liviano es más beneficiosa para derretir la nieve cuando el concreto está expuesto a una variedad de cambios de temperatura cuando se necesita derretir o descongelar la nieve, Farnam dijo. "Creemos que el uso de agregados livianos porosos puede ser una forma potencial de incorporar materiales de cambio de fase en el concreto, ya que es fácil de implementar en la práctica y puede cubrir las condiciones ambientales de varios lugares en los EE. UU. Que se ocupan de la nieve". especialmente la nieve derretida o el deshielo en carreteras y puentes en el noreste ".

Uno de los primeros usos de esta tecnología de infraestructura podría ser en aeropuertos, donde mantener las pistas libres de nieve y hielo es vital y un desafío perpetuo en el invierno. La Administración Federal de Aviación respaldó esta investigación como parte de su Proyecto de pavimentos climatizados para aeropuertos en su Asociación para mejorar la seguridad de la aviación general. Programa de accesibilidad y sostenibilidad.

"Se necesitan más investigaciones para comprender mejor otros factores que influyen en la construibilidad del hormigón, incluido el rendimiento del hormigón fresco y endurecido cuando el hormigón contiene materiales de cambio de fase, y el rendimiento térmico del material de cambio de fase en diferentes ubicaciones en los EE. UU., ", Dijo Farnam." Eventualmente, esto podría usarse para reducir la cantidad de productos químicos de deshielo que usamos o puede usarse como un nuevo método de deshielo para mejorar la seguridad de carreteras y puentes. Pero antes de que pueda incorporarse, tendremos que comprender mejor cómo afecta la durabilidad del pavimento de hormigón, resistencia al deslizamiento y estabilidad a largo plazo ".