Los investigadores de la Universidad de Drexel han hecho un descubrimiento que podría crear caminos que se deshielan durante las tormentas de invierno. ¿Su secreto? - Agregar un poco de cera de parafina a la mezcla de concreto del camino.
En un artículo publicado recientemente en una revista Compuestos de cemento y concreto los investigadores, dirigidos por Yaghoob Farnam, PhD, profesor asistente en la Facultad de Ingeniería de Drexel, explican cómo las sustancias como el aceite de parafina, conocidos como "materiales de cambio de fase" en química pueden usarse en el concreto para almacenar energía y liberarlacomo calor cuando una carretera necesita derretirse.
Mantener las carreteras abiertas para viajar es un desafío persistente durante los meses de invierno, pero los esfuerzos para que sean transitables de manera segura, incluido el uso constante de quitanieves, productos químicos descongelantes y sal de carretera, tienden a deteriorar la superficie. Los productos químicos y las sales de la carreteraactualmente utilizado para derretir la nieve y el hielo también puede tener un impacto ambiental nocivo cuando la escorrentía superficial los lleva a los ecosistemas cercanos, lo que es muy probable teniendo en cuenta que solo el estado de Pennsylvania arroja más de 900,000 toneladas en las carreteras cada invierno.buscando una mejor opción de invierno que salar y arar durante algún tiempo.
El grupo de Farnam en colaboración con investigadores de la Universidad de Purdue y la Universidad Estatal de Oregón, es uno de los primeros en demostrar que el uso de materiales de cambio de fase como una alternativa ecológica puede ser tan efectivo como los métodos estándar de salazón y raspado.
"Los materiales de cambio de fase se pueden incorporar al concreto utilizando agregado poroso liviano o tuberías incrustadas y cuando la PCM se transforma de líquido a sólido durante los eventos de enfriamiento, puede liberar calor térmico que se puede usar 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 descongelar productos químicos / sales, quitanieves o ambos, lo que ahorra dinero e influye positivamente en el impacto ambiental de tales operaciones ".
El aceite de parafina, un ingrediente común en velas, esmaltes de cera, cosméticos y compuestos impermeables, 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 las temperaturas bajan y el aceite comienza a solidificarse, libera energía a través del calor de fusión latente, lo que significa que el aceite de parafina puede adaptarse para incrustar capacidades de deshielo en una superficie de la carretera para que se vuelva térmicamenteactivo durante eventos de nieve o cuando se necesita descongelar.
Para probar su habilidad para derretir la nieve y el hielo, el equipo creó un conjunto de losas de concreto, una con tubos llenos de parafina en el interior, una que contiene agregado liviano poroso que se había infundido con parafina y una tercera losa de referencia sin parafina.Cada uno fue sellado en un contenedor aislado y luego cubierto con aproximadamente cinco pulgadas de "nieve" hecha en laboratorio
Con temperaturas dentro de las cajas entre 35 y 44 grados Fahrenheit, las dos losas tratadas con parafina pudieron derretir completamente la nieve dentro de las primeras 25 horas de prueba, mientras que la nieve en la muestra de referencia permaneció congelada.los tubos llenos de parafina derritieron la nieve un poco más rápido que el compuesto de agregado tratado 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 regularde las tuberías. Mientras que el diámetro de los poros del agregado varían en tamaño.
Pero en el segundo experimento del grupo, en el que la temperatura del aire ambiente en la caja se redujo a congelación antes de que se agregara la nieve, el agregado tratado con parafina fue más efectivo que las tuberías incrustadas. Esto se debe a que la presión de los poros capilares retrasó elcongelación 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 poro en el agregado poroso de peso 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", dijo Farnam. "Creemos queEl uso de agregado liviano poroso 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 tratan con nieve, especialmente derretir nieve o descongelar en carreteras y puentes en elNoreste."
Uno de los primeros usos de esta tecnología de infraestructura podría ser en los aeropuertos, donde mantener las pistas libres de nieve y hielo es vital y un desafío perpetuo en el invierno. La Administración Federal de Aviación apoyó esta investigación como parte de su Proyecto de pavimentos de aeropuertos con calefacción ensu asociación para mejorar el programa de seguridad, accesibilidad y sostenibilidad de la aviación general.
"Se necesita investigación adicional para comprender mejor otros factores que influyen en la capacidad de construcción del concreto, incluyendo el desempeño del concreto fresco y endurecido cuando el concreto contiene materiales de cambio de fase, y el desempeño térmico del material de cambio de fase en diferentes ubicaciones en los Estados Unidos", dijo Farnam.Esto podría usarse para reducir la cantidad de 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, necesitaremos comprender mejor cómo afecta la durabilidad del concretopavimento, resistencia al deslizamiento y estabilidad a largo plazo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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