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Mientras servía como profesor visitante en Benevento, fuera de Nápoles, Italia, Adrian Bejan notó algo sobre la arquitectura local: todos los techos se veían iguales. Con lo que parecía picos demasiado alejados en estructuras más pequeñas y antiguas agrupadas, tal vez era solo el estilo de los tiempos.
O tal vez los antiguos constructores romanos habían estado en algo. Un experto en termodinámica y el movimiento y el flujo del calor, Bejan, el distinguido profesor de ingeniería mecánica de Ja Jones en Duke, fue la persona perfecta para detener una respuesta.
Sentado con lápiz y papel, Bejan pasó por las ecuaciones y cálculos que rigen el flujo de calor y la transferencia dentro de dos formas similares: un techo largo con una sección transversal triangular y un cono circular.
Los resultados, obtenidos en colaboración con Pezhman Mardanpour, profesor asistente de ingeniería mecánica y de materiales en la Florida International University, se publican en comunicaciones internacionales en transferencia de calor y masa. Demostraron que de hecho hay formas de techo que maximizan la retención de calor: la generación anterior de arquitectos italianos sabía lo que estaban haciendo.
“Los bolsillos de aire son buenos aisladores, y los áticos son básicamente bolsillos de aire de forma diferente”, dijo Bejan. “Si bien la conservación de la energía es una palabra de moda popular hoy en día, en años pasado fue una cuestión de supervivencia”.
Los detalles de cómo una línea de techo en cuclillas o altas determinan cómo actuará el aire dentro de él. Dado un solo pico en un cono de marco A o circular, si ese pico tiene menos de tres pies de altura, el aire fluirá suavemente y uniformemente a través de él, como agua, se alza por el costado de un fregadero. Pero si el pico mide más de tres pies de altura, el aire caerá caóticamente como el humo que agita salvajemente en el viento.
Las proporciones perfectas para que un techo maximice la eficiencia energética de un edificio según la física. Crédito: Adrian Bejan, Universidad de Duke
Según la física de estos flujos de aire y la transferencia de calor, si un pico de techo es más corto que aproximadamente tres pies, debe ser aproximadamente tres o cuatro veces más ancho de lo alto para minimizar la pérdida de calor. Y si un pico de techo es más alto de tres pies, debería ser un triángulo equilibrado con una relación de altura a ancho de uno.
Quizás, como era de esperar, estas son aproximadamente las mismas proporciones que se pueden encontrar en innumerables viviendas más antiguas y modestas creadas en todo el mundo. Y están bastante cerca de las líneas de techo que Bejan vio ese día en el sur de Italia.
“Este tipo de información no es difícil de racionalizar, pero es fácil pasar por alto a pesar de que hay ejemplos en todas partes”, dijo Bejan. “Es importante para nuestros estudiantes, y sus profesores, abrir su imaginación y preguntar por qué las cosas son como son”.
Si bien Bejan duda de que los arquitectos de los días pasados aplicaban termodinámica a sus diseños de techo, tampoco cree que sus formas fueran accidentales. No es difícil imaginar, dice, descubriendo que la casa de un vecino es más cálida que la de otro y copia de su diseño repetidamente durante muchos años.
Es una lección, dice, que los arquitectos modernos también podrían considerar.
“Las casas y los edificios de hoy están diseñados para ser lo más eficientes de la energía posible”, dijo Bejan. “Pero que yo sepa, nadie está considerando la forma física del edificio, o cualquier” cosa “como un vehículo o animal, como una variable que podría ayudar con esa eficiencia, y tal vez deberíamos ser”.
Más información: A. Bejan et al, por qué las personas dan forma a los techos de la misma manera, comunicaciones internacionales en transferencia de calor y masa (2025). Doi: 10.1016/j.icheatMasstransfer.2025.108909
Proporcionado por la Universidad de Duke
Cita: La física revela las relaciones óptimas del techo para la eficiencia energética (2025, 14 de abril) recuperada el 14 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-physics-reveals-optimal-roof-ratios.html
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