Análisis de la conductividad térmica y resistencia a compresión del hormigón en las estructuras termoactivas

• Autores: Teresa Romanos Blázquez
• Directores de la Tesis: Alfonso Cobo Escamilla (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Humberto Varum (presid.), María Isabel Prieto Barrio (secret.), Asunción Bautista Arija (voc.), María de las Nieves González García (voc.), Francisco Velasco López (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Innovación Tecnológica en Edificación por la Universidad Politécnica de Madrid
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Materias:
  • Física
    • Electromagnetismo
      • Conductividad
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la construcción
      • Tecnología del hormigón
    • Tecnología de materiales
      • Resistencia de materiales
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • En el presente trabajo se lleva a cabo el análisis del hormigón para su empleo como parte de las llamadas estructuras termoactivas. Se analizó la conductividad térmica de diferentes tipos de hormigón, así como su resistencia a compresión, y el reparto de temperaturas en el interior de una losa termoactiva de hormigón. Las estructuras termoactivas basan su funcionamiento en el aprovechamiento de la inercia térmica del hormigón para llevar a cabo el proceso de climatización de los edificios. Para ello se incorpora una serie de conductos, para transportar un fluido caloportador, en el interior de los elementos estructurales de hormigón armado de los edificios. Estos sistemas requieren temperaturas medias para su funcionamiento, por lo que permiten el aprovechamiento de energías renovables como la geotermia de baja entalpía. En el trabajo se llevó a cabo una campaña experimental de probetas de hormigón H-25, elaboradas con tres tipos de cemento diferentes (CEM I, CEM II y CEM III) combinados con dos tipos de árido (de origen calizo y origen silíceo) en el que se estudió por una parte la resistencia a compresión del hormigón, y por otra parte la conductividad térmica del hormigón en tres grados de humedad diferentes (0%, 50% y 100% de humedad). Los resultados obtenidos indicaron que las muestras elaboradas con cemento del tipo CEM I y árido calizo ofrecieron valores de resistencia a compresión superiores a las de las muestras elaboradas con cemento CEM II, CEM III y árido silíceo. Por otra parte, de los ensayos térmicos se obtuvieron valores de conductividad superiores en las muestras elaboradas con cemento CEM II, árido silíceo, y con un 100% de humedad. Del estudio de la resistencia del hormigón, y la conductividad térmica se puede concluir que el hormigón elaborado con cemento de tipo CEM II y árido silíceo resultó más adecuado para su empleo en los elementos estructurales de hormigón armado, siempre que los requerimientos estructurales no se vean comprometidos. Al contrario de lo que se esperaba, el empleo de cemento CEM III, de origen siderúrgico, no supuso el aumento de la conductividad térmica de las muestras de hormigón analizadas. Para el análisis del reparto de temperaturas en el interior de una losa termoactiva se realizó una muestra física de losa de hormigón con un sistema de tubos embebidos por los que se hizo circular el agua, y una serie de termopares en el interior del hormigón a diferentes profundidades de la cara exterior de la losa. En cada termopar se analizó el reparto de temperaturas con 3 temperaturas de agua diferentes (30ºC, 40ºC y 50ºC), combinadas con 2 supuestos de temperatura ambiente de la sala en la que se realizaron los ensayos: la temperatura preexistente y la temperatura ambiente aumentada hasta 28ºC mediante el empleo del sistema de aire acondicionado de la sala. Los resultados conseguidos mostraron que con una temperatura del agua de 30ºC el hormigón de la losa alcanza temperaturas más próximas a las del fluido caloportador que con temperaturas de 40ºC o 50ºC. Se comprobó que el estrato con temperaturas más estables de la losa se dio en los termopares más alejados de las tuberías y más próximos a la cara externa de la losa, y que el sistema alcanzó la estabilización de las temperaturas tras 9 horas aproximadamente de funcionamiento. Del análisis del reparto de temperaturas dentro del hormigón de una losa termoactiva se puede concluir que el sistema es apropiado para el empleo de temperaturas medias del fluido caloportador, que se consiguen temperaturas más estables en planos a una cierta distancia del sistema de tuberías, y que el sistema resulta más eficiente durante períodos largos de funcionamiento.