Una investigación nacida en la Universidad de Magallanes y liderada por Yasna Segura, académica investigadora de esa casa de estudios y Doctora en Ingeniería de la Construcción de la Universitat Politècnica de València, desarrolla pavimentos autocalefaccionables con negro de humo que podrían revolucionar la movilidad en zonas de clima extremo.
Cada mañana de invierno en la Patagonia chilena, se repite la misma acción: sacar la nieve acumulada durante la noche y esparcir sal sobre aceras y calzadas congeladas. Es una tarea agotadora, costosa y que apenas ofrece una solución temporal. Pero en un laboratorio de la Universidad de Magallanes, la doctora Yasna Segura y su equipo trabajan en una tecnología que podría hacer obsoleta esta rutina invernal: hormigones que se calientan a sí mismos.
La investigación, que comenzó explorando el uso de fibras metálicas recicladas de neumáticos fuera de uso, ha evolucionado hacia una solución más prometedora: la incorporación de negro de humo -un residuo industrial de la pirólisis de neumáticos- en mezclas de mortero y hormigón. El resultado es un material capaz de almacenar y conducir calor cuando se le aplica energía eléctrica, manteniendo las superficies libres de hielo sin necesidad de intervención humana.
“En la realidad, la idea primaria de nuestra investigación era autocalefaccionar el hormigón utilizando fibra metálica”, explicó Segura, académica e investigadora del departamento de Ingeniería en Construcción de la universidad magallánica y Doctora en Ingeniería de la Construcción de la Universitat Poltècnica de València.
El proyecto inicial contemplaba el uso de fibra metálica industrial y posteriormente fibra extraída de neumáticos reciclados. Sin embargo, los primeros ensayos revelaron un problema crítico: “Los hormigones tenían cono cero”, manifestó la investigadora, refiriéndose a la nula trabajabilidad de la mezcla, lo que la hacía prácticamente imposible de manipular en obra.
Del metal al carbono: un giro estratégico
Ese hecho provocó que la académica junto a un tesista de la época comenzara a buscar alternativas para mejorar la mezcla. La respuesta llegó desde el otro lado del mundo. “Revisando la literatura, llegamos a una investigación en Tianjin, China, en la que ellos usaban el negro de humo”, relató Segura. La diferencia fundamental entre ambos enfoques radica en el comportamiento térmico: mientras la fibra metálica difunde el calor, el negro de humo tiene la capacidad de almacenarlo.
El negro de humo que utiliza el equipo de la investigadora proviene específicamente de dos empresas chilenas: Arrigoni, ubicada en San Francisco de Mostazal, y Madesal. Ambas obtienen este material como subproducto de la pirólisis de neumáticos fuera de uso, un proceso que descompone el caucho a altas temperaturas en ausencia de oxígeno.
“Aquí no tenemos ninguna industria que queme neumáticos”, aclaró la investigadora, explicando por qué deben importar el material desde la zona central del país. “Porque en el fondo la quema de neumáticos es energía para alguna otra industria. Entonces como aquí hay gas, usa gas”.
Aunque el negro de humo se utiliza tradicionalmente como adición al cemento para reemplazar clinker -reduciendo así la huella de carbono del material-, su aplicación para conferir propiedades autocalefaccionables al hormigón representa una innovación significativa. “Nosotros lo que hacemos es la sustitución del cemento”, precisó. “No llegamos al clinker porque nosotros compramos el cemento y lo que hacemos es sacarle el porcentaje y también, obvio, ahí baja la parte de la huella de carbono del cemento”.
Los desafíos de la homogeneidad
El camino hacia un hormigón autocalefaccionable funcional no ha estado exento de obstáculos técnicos. Uno de los principales desafíos que enfrenta el equipo es lograr una distribución homogénea del negro de humo en la mezcla. “Si tú lo usas o lo mezclas, haces la sustitución con el cemento, se ve a primera vista que la mezcla resultante es homogénea”, comentó.
“Pero -agregó- cuando haces la mezcla del mortero, las partículas del negro de humo se tienden a juntar entre ellas, provocando que aparezcan unas manchas de negro de humo, cuyo resultado es que no queda homogéneo el color”.
La solución a este problema vino, nuevamente, de la literatura científica internacional. Investigadores que habían trabajado previamente con negro de humo sugirieron la incorporación de superplastificante, un aditivo que mejora la fluidez del hormigón. El equipo de Segura fue más allá, añadiendo también un incorporador de aire, pensando en las condiciones extremas de la Patagonia. “Ahí ya la mezcla quedó homogénea, con un solo color”, afirmó la investigadora, aunque advirtió que “todavía no tenemos los resultados porque estamos en proceso”.
El proceso de optimización se desarrolló de manera meticulosa. Los investigadores probaron distintas tasas de sustitución de cemento por negro de humo, desde 0% hasta 8%. “Se estableció un promedio de un 3%, porque eran más o menos los promedios de resistencia a compresión parejos”, explicó.
La elección del 3% no fue arbitraria: representa un equilibrio entre las propiedades térmicas deseadas y el mantenimiento de la resistencia mecánica del material. Como ocurre con la mayoría de los residuos incorporados al hormigón, “mientras más colocamos, más resistencia se pierde, en el fondo lo que queremos es que la (resistencia) a la compresión no se pierda, ya que es el esfuerzo para el que trabaja el hormigón”.
Más allá del laboratorio: aplicaciones reales
Aunque los ensayos de laboratorio han demostrado que el material sube de temperatura cuando se le aplica energía eléctrica, el verdadero desafío será validar su funcionamiento en condiciones reales. “En la teoría, lo que nosotros pensamos es que sí”, puntualizó la Doctora sobre la viabilidad del sistema.
Para corroborarlo, “hay que dejar todo esto monitoreado como un circuito eléctrico, en versión de circuito eléctrico normal, más el hormigón, dejar los sensores y cuando la temperatura ambiente empiece a bajar, se accione el mecanismo eléctrico, cosa que comience a subir la temperatura”.
El objetivo es mantener la superficie del pavimento por encima del punto de congelación. “Con 0,5°C, se supone que no va a congelar pero en la teoría de esto del hielo puede que tengamos que llegar un poco más arriba de cero, 1°C, 1,2°C y que se mantenga”, detalló la investigadora. El sistema funcionaría de manera automática: cuando la temperatura ambiente desciende, se activa el mecanismo eléctrico; cuando sube, se apaga, permitiendo que el material mantenga el calor almacenado.
Sin embargo, Segura es cautelosa respecto a las aplicaciones del material. “No es para todos los pavimentos”, advirtió. La tecnología está pensada principalmente para pavimentos peatonales de baja resistencia. “Pensar que vas a hacer kilómetros de pavimentos autocalefaccionables, es poco eficiente desde el punto de vista económico”, puntualizó.
No obstante, las aplicaciones potenciales son diversas y significativas. Segura menciona puentes, aeropuertos y puertos como posibles beneficiarios de esta tecnología, mencionando que en Estados Unidos ya se han realizado pruebas con distintas modelaciones de la parte eléctrica.
En el contexto local, el aeropuerto de Punta Arenas podría ser un candidato ideal: “Dependiendo a qué hora caiga nieve, los aviones se tienen que devolver a veces en la mañana porque no tiene la capacidad del aeropuerto tampoco de tener todo limpio antes que llegue el avión”.
La geografía como aliada y enemiga
La región de Magallanes presenta condiciones únicas que hacen especialmente relevante esta investigación. Los ciclos de hielo y deshielo son extremos, y los métodos tradicionales de descongelamiento tienen sus limitaciones. “Ya sabemos que el cloruro tiene sus problemas con los hormigones muy nuevos y también después si echas mucho también lo empiezas a perder más”, explicó Segura sobre el uso de sal.
El otro método común, pasar máquinas quitanieves, también presenta inconvenientes. “Por ejemplo, en el camino a Puerto Natales, se pueden ver cerros en el paisaje que, cuando pasa ese tipo de maquinaria, se camuflan con los montones de arena a la orilla del camino. Si cae nieve y ya no viste dónde dejaron la arena, entonces tampoco puedes colocarla para subir”.
Curiosamente, no todas las zonas de Punta Arenas sufren por igual el problema del hielo. “El puerto y lo que es las avenidas que están a orilla de mar son las que en teoría menos se congelan porque además está la bruma marina”, puntualizó la académica.
“Es agua con sal. Entonces, si te vienes por la costanera es mucho más fácil andar en automóvil por esta zona durante el invierno, mientras que hacia el interior, hay más presencia de escarcha en el camino”. Esta observación sugiere que las aplicaciones más efectivas del hormigón autocalefaccionable estarían en zonas alejadas de la costa o en alta montaña, donde el frío es más intenso y persistente.
Optimización energética: el siguiente desafío
Uno de los aspectos críticos que el equipo debe resolver es la eficiencia energética del sistema. Actualmente, los investigadores están aumentando el voltaje para lograr el calentamiento deseado, pero Segura reconoce que hay margen de mejora.
“Ahora, lo que se debe analizar es la frecuencia de la aplicación de energía con los colegas eléctricos. Nosotros ya aplicamos un mayor voltaje, entonces, ahora hay que analizar es si manejando la frecuencia, también podemos bajar los consumos”, comentó.
La colaboración interdisciplinaria es fundamental para el éxito del proyecto. Mientras el equipo de ingeniería en construcción se enfoca en las propiedades del material, los ingenieros eléctricos trabajan en optimizar el sistema de calefacción.
El plan, puntualiza la Doctora Segura, es estandarizar el mecanismo eléctrico antes de proceder a las pruebas en terreno. Asimismo, se pretende implementar un monitoreo continuo de la temperatura. “En estos días, debiéramos dejar un sensor de temperatura y ver cómo se comporta”, comentó. “Como ya conocemos el comportamiento de la temperatura, ahora debiéramos variar la energía y la frecuencia”.
Del prototipo a la realidad urbana
El primer prototipo del hormigón autocalefaccionable se construirá, precisamente, en la misma Universidad de Magallanes. Se tratará del pavimento de un estacionamiento de discapacitados, que incluirá también la acera para sillas de ruedas. El proyecto cuenta con el respaldo del director de infraestructura de la casa de estudios, quien ya tiene planes para una segunda aplicación si el prototipo funciona: cambiar la cubierta de una rampa para discapacitados en un edificio universitario.
Esta elección no es casual. Refleja una filosofía que subyace en toda la investigación: el bienestar público. “Más que nada es el mejor uso o el tiempo que tú ocupas en todo este proceso de que en la mañana, por ejemplo, llega el auxiliar, que es el primero que abre un edificio público, y él lo que tiene que hacer en invierno es sacar la nieve y tirar sal”, explicó Segura. “Esa es la función intrínseca de toda la gente acá en invierno”.
La visión de la investigadora es clara: si el sistema funciona, podría transformar la experiencia invernal en espacios públicos. “Si estuviese, por ejemplo, todo el borde del edificio del MOP, que está en el centro de Punta Arenas, tendrías la vereda limpia todo el invierno”, ejemplificó. Y no sólo edificios públicos: “Si un privado quiere mantener la entrada de su tienda en las mismas condiciones, podría tener un efecto positivo para esa tienda, o convertirse en sí mismo en un área de negocio interesante en lo que respecta a las mismas aceras”.
Las ciclovías, a juicio de la académica, son otra aplicación prometedora. “Tendrías la ciclovía limpia todo el invierno, algo que ahora no se puede hacer. El ciclista, en invierno, deja de andar en bicicleta porque tiene que comprarle ruedas más gruesas para que pueda andar bien en la nieve”, comentó Segura, ilustrando cómo la tecnología podría promover la movilidad sostenible incluso en condiciones climáticas adversas.
El invierno como laboratorio
El verdadero examen del hormigón autocalefaccionable llegará con el próximo invierno austral. “Eso van a ser los datos en terreno como reales porque el otro en el laboratorio sabemos que si le aplicamos energía va a subir temperatura”, reconoce Segura. El equipo espera que las condiciones sean lo suficientemente severas para poner a prueba el sistema: “Si hay un invierno que sea como intenso, mejor. Si fue como este año, que fue bastante cálido, bueno, pero así es el ambiente”.
El monitoreo será exhaustivo. Los sensores registrarán no sólo la temperatura ambiente y la del pavimento, sino también la velocidad de incremento de temperatura, un dato crucial para entender cómo se difunde el calor en el material. “Vamos a saber si aumentará la temperatura en este pavimento”, afirma la investigadora.
Mientras tanto, el trabajo en laboratorio continúa. El equipo está a punto de recibir los resultados de las nuevas mezclas con aditivos, que determinarán qué formulación de hormigón se utilizará en el prototipo. “A partir de esos resultados, recién vamos a elegir qué mezcla de hormigón vamos a hacer”, explica Segura. “Estamos todos en esa línea que vamos como paso a paso”.
Limitaciones y proyecciones
Segura es realista sobre las limitaciones de su investigación. A nivel nacional, reconoce que las aplicaciones están restringidas por la geografía climática de Chile. “Estamos restringidos porque está pensado para climas fríos y nuestro país, si bien tiene climas fríos, no son muchos los lugares donde podemos encontrarlos”, comentó. Además, el cambio climático está alterando los patrones de temperatura incluso en la Patagonia, lo que podría reducir la necesidad de este tipo de soluciones en el futuro.
Sin embargo, para las regiones que sí experimentan inviernos rigurosos -Magallanes, Aysén, zonas de alta montaña, pasos fronterizos y el altiplano chileno- la tecnología podría marcar una diferencia significativa. “El alcance es para lo que es alta montaña y para los climas donde tenemos presencia de helada”, confirmó la investigadora.
También existen consideraciones estructurales que resolver. En el caso de puentes, por ejemplo, “estamos pensando en colocar un sobrepeso distinto, no obstante, también puede tener un costo en la estructura”, puntualizó la académica. Pero el beneficio potencial es claro: “Se tendrían todos los puentes limpios durante todo el invierno”.
Una cuestión de dignidad urbana
Más allá de las especificaciones técnicas y las aplicaciones prácticas, hay un aspecto humano en esta investigación que Segura destaca con particular énfasis: la dignidad de moverse con seguridad por la ciudad durante el invierno.
La posibilidad de tener accesos expeditos a edificios públicos, aceras seguras y espacios urbanos transitables sin el constante riesgo de caídas representa un cambio cualitativo en la calidad de vida. Es una visión que trasciende lo meramente técnico para abordar cuestiones de accesibilidad, seguridad y bienestar colectivo.
Con el prototipo programado para instalarse antes del próximo invierno y los resultados de las nuevas mezclas a punto de conocerse, el equipo de la Universidad de Magallanes está en una fase crucial de su investigación. Si los ensayos en terreno confirman lo que los experimentos de laboratorio sugieren, los habitantes de las zonas más frías de Chile podrían pronto caminar sobre superficies que se mantienen libres de hielo por sí mismas, sin sal, sin máquinas quitanieves y sin el trabajo matutino de remover nieve.
Mientras tanto, en su oficina de Punta Arenas, la doctora Yasna Segura continúa refinando las mezclas, ajustando las proporciones y preparándose para el momento en que el invierno austral ponga a prueba años de investigación. Porque en la Patagonia, donde el frío es una constante y el hielo un desafío cotidiano, la innovación no es un lujo sino una necesidad.
