Nuevos morteros de cemento-cal con materiales de cambio de fase (PCM) para la mejora de la eficiencia energética de cerramientos

Abstract

En la actualidad existe una búsqueda constante de materiales o sistemas constructivos para mejora de la eficiencia energética de los edificios existentes. Los morteros de cemento-cal con diferentes adiciones tales como fibras de celulosa o áridos ligeros que modifiquen sus prestaciones son algunos de los materiales desarrollados para tal fin. Los materiales de cambio de fase o Phase Change Materials (PCM) se presentan como otra posible alternativa para la mejora del comportamiento térmico de los morteros por su capacidad como acumuladores térmicos. Este estudio plantea el diseño y caracterización de nuevos morteros en base cemento-cal que, por un lado, logre mejorar la capacidad de aislamiento térmico con la adición de fibras de celulosa, áridos ligeros o la combinación de ambas y, por otro lado, logre adquirir la capacidad de acumulación térmica con la adición del PCM. Se proponen doce tipos de morteros. Primero, se evalúan las propiedades físicas mecánicas y térmicas de cada uno de los morteros diseñados. A partir de los resultados experimentales obtenidos se realiza una simulación numérica con métodos no lineales de elementos finitos, en colaboración con un grupo de investigación de la Universidad de Darmstadt (Alemania). También se analiza la microestructura de los diferentes morteros, así como el comportamiento térmico de las mezclas durante condiciones ambientales de calentamiento y enfriamiento con técnicas no destructivas como la transmisión de ondas de ultrasonidos y mediciones de flujo de calor. Como último paso, una vez estudiadas las propiedades, se incluyen los diferentes morteros dentro de un cerramiento multicapa. Para ello se simulan ciclos de calentamiento y enfriamiento y se evalúa su comportamiento dependiendo de la composición del mortero ensayado. Los resultados experimentales obtenidos permiten determinar la influencia de la adición de PCM y su combinación con otros componentes en las propiedades de los morteros. Se puede relacionar la influencia del PCM en la relación de la densidad y porosidad abierta de la microestructura y el comportamiento mecánico de las dosificaciones. A partir de los resultados experimentales obtenidos de absorción capilar por succión de agua se logra realizar una simulación numérica de estos resultados. También se consigue identificar la diferencia en el comportamiento térmico de los morteros dependiendo del estado del PCM, líquido o sólido, a través de la modificación de la conductividad térmica de los morteros. La técnica de ultrasonidos utilizada permite analizar los cambios en la microestructura y la identificación del estado del PCM durante las diferentes condiciones ambientales simuladas. La capacidad de acumulación térmica de los morteros y de los cerramientos multicapa a través de la evaluación del flujo de calor y la entalpía de estos dependiendo de la dosificación estudiada es evaluada cualitativa y cuantitativamente. Por último, los resultados de la investigación dentro del desarrollo de la tesis se recogen en tres artículos publicados en revistas indexadas en primer y segundo cuartil de las categorías de tecnología de construcción y edificación, ciencia de materiales, termodinámica e ingeniería civil, un artículo enviado para su publicación en una revista indexada, dos comunicaciones en congresos internacionales RILEM con publicación de capítulo de libro, una ponencia invitada en congreso internacional y un primer premio a la mejor presentación en jornadas internacionales de investigación en el área de estudio.