Termitas: ‘maestros’ de los edificios sostenibles. Entre las aproximadamente 2000 especies conocidas de termitas, algunas son ingenieras de ecosistemas. Los montículos construidos por algunos géneros, por ejemplo, Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes y Odontotermes, alcanzan hasta ocho metros de altura, lo que los convierte en algunas de las estructuras biológicas más grandes del mundo.
La selección natural y la evolución les ha permitido mejorar el «diseño» de sus montículos durante decenas de millones de años. ¿Qué podrían aprender los arquitectos e ingenieros humanos de estas criaturas y sus edificios?
En este nuevo estudio, los investigadores demostraron cómo los montículos de termitas pueden enseñarnos a crear climas interiores cómodos para nuestros edificios. Lo que nos permitiría ahorrarnos el aire acondicionado y la consiguiente producción de CO2.
«Aquí mostramos que el ‘complejo de salida’, una intrincada red de túneles interconectados que se encuentra en los montículos de termitas, se puede utilizar para promover los flujos de aire, calor y humedad de formas novedosas en la arquitectura humana». Esto lo dijo el Dr. David Andréen, profesor senior del grupo de investigación bioDigital Matter de la Universidad de Lund y primer autor del estudio.
Termitas de Namibia
Andréen y el coautor, el Dr. Rupert Soar, profesor asociado de la Escuela de Arquitectura, Diseño y Entorno Construido de la Universidad de Nottingham Trent, estudiaron montículos de termitas Macrotermes michaelseni de Namibia. Las colonias de esta especie pueden constar de más de un millón de individuos. En el corazón de los montículos se encuentran los jardines de hongos simbióticos, cultivados por las termitas como alimento.
Los investigadores se centraron en el complejo de salida. Esta es una densa red de túneles en forma de celosía, de entre 3 mm y 5 mm de ancho, que conecta conductos más anchos en el interior con el exterior. Durante la temporada de lluvias (noviembre a abril) cuando el montículo está creciendo, este se extiende sobre su superficie orientada hacia norte, expuesto directamente al sol del mediodía.
Fuera de esta temporada, los trabajadores de las termitas mantienen bloqueados los túneles de salida. El complejo está pensado para permitir la evaporación del exceso de humedad, manteniendo una ventilación adecuada. Y los investigadores se preguntaban ¿cómo funciones este sistema?
Andréen y Soar exploraron cómo el diseño del complejo de salida permite flujos oscilantes o similares a pulsos. Basaron sus experimentos en la copia escaneada e impresa en 3D de un fragmento del complejo de salida recolectado en febrero de 2005 de la naturaleza. Este fragmento tenía 4 cm de espesor con un volumen de 1,4 litros, de los cuales el 16 % eran túneles. Termitas: ‘maestros’ de los edificios sostenibles.
D. Andréen
Simulaciones
Simularon el viento con un altavoz que generaba oscilaciones de una mezcla de aire y CO2 a través del fragmento, mientras rastreaban la transferencia de masa con un sensor. Descubrieron que el flujo de aire era mayor en frecuencias de oscilación entre 30 Hz y 40 Hz. El moderado lo hacía a frecuencias entre 10 Hz y 20 Hz. Y el menor se daba a frecuencias entre 50 Hz y 120 Hz.
Los investigadores concluyeron que los túneles en el complejo interactúan con el viento que sopla sobre el montículo de manera que mejoran la transferencia masiva de aire para la ventilación. Las oscilaciones del viento a ciertas frecuencias generan turbulencias en el interior. Cuyo efecto es alejar los gases respiratorios y el exceso de humedad del corazón del montículo.
“Al ventilar un edificio, se logra preservar el delicado equilibrio de temperatura y humedad creado en el interior. Sin impedir el movimiento del aire viciado hacia el exterior y del aire fresco hacia el interior.
La mayoría de los sistemas de los seres humanos luchan con esto. Aquí tenemos una interfaz estructurada que permite el intercambio de gases respiratorios, simplemente impulsado por las diferencias de concentración entre un lado y el otro. Por lo tanto, las condiciones en el interior se mantienen”, explicó Soar.
Luego, los autores simularon el complejo de salida con una serie de modelos 2D, que aumentaron en complejidad de túneles rectos a una celosía. Usaron un motor eléctrico para impulsar un cuerpo de agua oscilante (que se hizo visible con un tinte) a través de los túneles y filmaron el flujo másico.
Descubrieron, para su sorpresa, que el motor necesitaba mover el aire hacia delante y hacia atrás solo unos pocos milímetros (lo que corresponde a las débiles oscilaciones del viento) para que el flujo y reflujo penetrara en todo el complejo. Es importante destacar que la turbulencia necesaria solo existe si el diseño era lo suficientemente parecido a un enrejado. Termitas: ‘maestros’ de los edificios sostenibles.
Edificios que viven y respiran
Los autores concluyen que el complejo de salida puede permitir la ventilación eólica de los montículos de termitas, aun con vientos débiles. “Imaginamos muros de construcción en el futuro, hechos con tecnologías emergentes y cada vez más innovadoras. Contendrán redes similares al complejo de salida para aumentar su eficiencia energética. Estos permitirán mover el aire a través de sensores y otros elementos integrados que solo requerirán pequeñas cantidades de energía”, dijo Andréen.
Soar concluyó: “La impresión 3D a escala de la construcción solo será posible cuando podamos diseñar estructuras tan complejas como las que hay en la naturaleza. El complejo de salida es un ejemplo de una estructura complicada que podría resolver múltiples problemas simultáneamente.
Sería capaz de mantener la comodidad dentro de nuestros hogares, mientras se regula el flujo de gases respiratorios y humedad a través de la envolvente del edificio”. Y lo haría con un sistema basado en la sostenibilidad. “Estamos al borde de la transición hacia una construcción similar a la naturaleza. Por primera vez, puede ser posible diseñar un edificio que realmente viva y respire”.
Referencias: artículo Termite-inspired metamaterials for flow-active building envelopes. Publicado en Frontiers in Materials.
