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HORMIGÓN ELECTRIFICADO

Ahora que se acerca el invierno, el hielo y la nieve provocan en las infraestructuras uno de los problemas con los que tienen que lidiar las administraciones, no solo por el coste necesario para pagar una flota de camiones que viertan sal y otros productos que derritan el hielo, sino porque hay que sumar el coste de las operaciones de retirada de la nieve para poder hace uso de las infraestructuras. Además en esas circunstancias se producen muchos más accidentes y consecuente, en el caso de las infraestructuras viarias, muchos más atascos que agravan la situación.

Las infraestructuras que más sufren la acción del hielo y la nieve son las carreteras y los aeropuertos, en estos últimos  la repercusión económica que puede provocar no mantenerlos libres de hielo es todavía mucho mayor.

Afortunadamente una serie de investigadores han estado trabajando desde hace unos años en solucionar este inconveniente, desde la solución aportada por científicos turcos que desarrollaron un aditivo para carreteras asfálticas que lentamente se liberaba a la superficie y derretía el hielo, hasta la última solución que consiste en electrificar el hormigón, calefactándolo, para derretir directamente la nieve.

En el caso de los aeropuertos un equipo de la Universidad Estatal de Iowa dirigido por el profesor Hali Ceylan ha desarrollado un tipo de hormigón que conduce la corriente eléctrica para derretir el hielo y la nieve.

El hormigón se dispone en forma de losas con unas dimensiones de 4,60 x 4,10 metros, con un espesor de 19 cm formado por dos capas. La capa inferior es de 10 centímetros y está compuesta por un hormigón regular, mientras que la capa superior está compuesta por un 1% de fibras de carbono combinada con una mezcla especial de cemento arenas y rocas, e intercaladas entre esas capas se disponen seis electrodos a lo largo del ancho de la losa conectados a una fuente de alimentación.

Los electrodos se encienden de forma remota y envían corriente eléctrica a través de las fibras de la capa superior generando calor, que en la superficie es suficiente para derretir el hielo y la nieve acumulados permitiendo además un contacto seguro con la superficie.

El coste para derretir una capa de 2,50 cm de hielo, dejando conectado el hormigón durante la noche, es de 333 vatios por metro cuadrado, aproximadamente la energía utilizada por 5 bombillas.

Aunque el coste de instalar las losas de este hormigón electrificado es más caro que instalar uno convencional, la tecnología del pavimento calefactado ahorra el coste de los arados, productos químicos descongelantes y el tratamiento de aguas residuales de la escorrentía química.

Las pruebas se realizaron con éxito en el Aeropuerto Internacional de Des Moines, en Iowa, EE.UU. En el futuro, en las próximas instalaciones se agregará un recubrimiento hidrofóbico a las losas para repeler el agua, evitando de esta manera que la nieve y el hielo se adhieran al pavimento, facilitando su limpieza y su secado.

En esta misma línea, otro equipo de investigación, en la Universidad de Nebraska en Lincoln (UNL), dirigido por el profesor Chris Tuan utilizó el pavimento electrificado en la construcción del Puente Roca Spur, en 2002, siendo este puente el primero calefactado del mundo.

El puente es de tipo losa de tres tramos con una longitud total de 47,10 metros y 11 metros de ancho de tablero. El espesor de las 52 losas es de 30 centímetros, estando los 10 primeros dispuestos de hormigón conductivo. Todos los conductos y cajas de conexiones se incrustaron en la losa durante su construcción. El hormigón empleado en la construcción de la losa fue convencional con una resistencia a la compresión de 30 MPa.

La primera tormenta de nieve se produjo en abril de 2003, la tormenta duró tres días y durante este tiempo la temperatura en la superficie de las losas se mantuvo a unos 9º C por encima de la temperatura ambiente, variando la corriente entre 9 y 18 amperios, con una media de 12,50 amperios, lo que supuso una media de 500 W/m2.

 

La energía consumida por las losas conductoras durante el período de 3 días varió de 12,6 a 34,6 kW-h, con un promedio de 24 kW-h por placa. El consumo total de energía se calculó en 1.270 kW-h (el costo fue de alrededor de $100 según la tarifa de $0.08 / kW-h)

Para saber más:

https://www.news.iastate.edu/news/2017/03/28/heatedairportpavements

http://news.unl.edu/newsrooms/today/article/de-icing-concrete-could-improve-roadway-safety/