Análisis térmico por método de elementos finitos en nuevos modelos de piezas cerámicas constructivas

Thermal analysis by finite element method in new models of constructive ceramic pieces

Resumen

Considerando las oportunidades que presenta la porosidad para incrementar la resistencia térmica de materiales cerámicos, este estudio se articula desde el marco del diseño para añadir propiedades térmicamente eficientes a bloques de arcilla cocida en la generación de soluciones constructivas de bajo costo para climas tropicales cálidos. La investigación aplica como aditivo tecnológico residuos de madera añadiendo aserrín al 5% en una matriz de arcilla roja al 95% para fabricar un producto cerámico que presenta a su vez modificaciones en la morfología de los tabiques internos interrumpiendo la conductancia por puente térmico, y evalúa de forma comparativa la influencia del aumento de espesor en la pieza y la adición de paredes internas como técnicas para reducir la transmisión de calor en una unidad constructiva; el objetivo de este desarrollo es perfeccionar el desempeño térmico de un bloque cerámico tipo H10 como uno de los productos más demandado en la construcción de mampostería en la región Norte de Santander, Colombia. La metodología utilizada se divide en dos fases, en una primera etapa se desarrollan simulaciones térmicas en software ANSYS R16 para determinar perfiles de distribución de temperatura y flujo de calor estudiando en un primer análisis un bloque estándar de seis huecos rectangulares en una composición de 100% arcilla y en una segunda situación evaluando una pieza tipo bloque tradicional y tres casos con formas disipadoras de calor en una composición de 5% aserrín y 95% arcilla en las muestras; finalmente, se toman los especímenes que presentan mejor desempeño para ejecutar análisis físico-mecánicos implementando la Norma Técnica Colombiana 4017 que permitan caracterizar la viabilidad técnica del producto. Los resultados muestran la efectividad de las estrategias aplicadas para reducir la transmisión de calor, presentando una oportunidad de desarrollo en las formas disipadoras de los tabiques y en la implementación de sustitutos residuales formadores de poros para productos cerámicos, rescatando características de una pieza tradicional para configurar unidades constructivas más eficientes.