Introducción y objetivos

La industria de la construcción enfrenta el reto urgente de reducir su huella de carbono, lo que impulsa la búsqueda de materiales sostenibles. En este contexto, el artículo publicado por Parvathi et al. titulado “Sustainable Herbo-foam concrete with soap nut and coco-peat: Properties and thermal modelling” presenta una alternativa ecológica al hormigón celular tradicional mediante el uso de extracto natural de nuez de jabón como agente espumante y coco-peat (un subproducto del coco) como sustituto parcial de arena. El objetivo central fue evaluar las propiedades térmicas, mecánicas y acústicas de esta mezcla innovadora, apoyándose en simulaciones numéricas en COMSOL Multiphysics® para validar su potencial en edificaciones energéticamente eficientes.

Modelización y simulación numérica

Se desarrolló en COMSOL Multiphysics® un modelo numérico de una losa con dimensiones de 0,45 m de ancho, 0,3 m de largo y 0,018 m de espesor, como se muestra en la Fig. 20. Las propiedades del material, incluyendo la conductividad térmica, la densidad y la capacidad calorífica específica, se definieron como entradas personalizadas. La conductividad térmica, determinada experimentalmente, se estableció en un valor de 0,3 W/m·K). Para simular la transferencia de calor, se aplicó la condición de contorno de flujo de calor. Entre las opciones disponibles—flujo de calor general entrante y flujo de calor convectivo—se seleccionó el flujo de calor convectivo por su idoneidad para simular el intercambio térmico con el entorno. Por otra parte, los autores utilizaron Figura 1.

Figura 1. Mallado utilizado para modelizar la losa de hormigón y dimensiones de la misma.

El cemento espumado se desarrolló utilizando agentes espumantes sintéticos y naturales, reemplazando la arena por fibra de coco tratada (coco-peat) en proporciones del 5 %, 7.5 % y 10 %. El extracto de nuez de jabón se utilizó como agente espumante natural, y la fibra de coco fue tratada con un 4 % de NaOH para mejorar su compatibilidad. Además, se creó un modelo tridimensional de una habitación, considerando escenarios con y sin la inclusión del panel aislante.

Resultados/conclusiones

Los resultados de las simulaciones en COMSOL Multiphysics® mostraron una mejora en el aislamiento térmico con el uso de fibra de coco, reduciendo la conductividad térmica y disminuyendo la temperatura interior en 3 K con una temperatura exterior de 312.15 K. La absorción acústica mejoró, especialmente con reemplazos del 7.5 % y 10 %, mientras que el reemplazo del 5 % produjo la mayor resistencia a la compresión, con 19.18 MPa. Aunque la absorción de agua aumentó debido a las propiedades de la fibra de coco, la durabilidad y el rendimiento acústico mejoraron. La Figura 2 muestra la distribución de temperatura en la losa de hormigón, y las Figura 3(a) y 3(b) muestran los resultados de transferencia de calor con y sin panel aislante, respectivamente.

Figura 2. Distribución de temperatura en la losa de hormigón obtenida en las simulaciones con COMSOL Multiphysics®.

Figura 3. Transferencia de calor en la habitación modelizada en COMSOL Multiphysics®. (a) Utilizando panel aislante, y (b) sin utilizar panel aislante.

Este trabajo es un claro ejemplo del potencial que ofrece COMSOL Multiphysics® visualizar y cuantificar los beneficios de nuevos materiales en construcciones sostenibles y en entornos dinámicos.

Referencias

[1] Parvathi et al. “Sustainable Herbo-foam concrete with soap nut and coco-peat: Properties and thermal modelling”, Cleaner Waste Systems (2025), 10, 100196.