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  • 19/03/2018

Sostenibilidad

La cantidad de calor que acumula una ciudad depende de la disposición de sus edificios

Demuestran que el efecto «isla de calor» típico de las ciudades depende de cuán ordenado o caótico sea su trazado. El hallazgo podría ayudar a diseñar urbes mucho más sostenibles

Physical Review Letters

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Las ciudades cuyos edificios siguen una estructura reticular son más propensas a experimentar el efecto «isla de calor». En la imagen, la ciudad de Phoenix, en Arizona. [dszc/iStock]

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David L. Chandler/MIT News Office

La disposición de las calles y los edificios de una ciudad desempeña un papel clave en el efecto conocido como «isla de calor urbano»: el fenómeno que causa que la temperatura de una ciudad tienda a superar a la de las zonas rurales circundantes. El hallazgo ofrece una herramienta para que urbanistas y autoridades municipales puedan influir en el fenómeno. 

Algunas ciudades, como Nueva York, siguen un trazado en forma de red regular, similar al de los átomos de un cristal. Pero otras, como Londres, se disponen de manera mucho más caótica, similar a la que muestran los átomos de un líquido o un sólido amorfo, como el vidrio. Según los resultados del nuevo trabajo, las ciudades «cristalinas» tenderían a acumular mucho más calor que las «amorfas». El estudio, firmado por el investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) Jacob Sobstyl y otros colaboradores, concluye que esa «textura urbana» constituye el principal determinante del efecto isla de calor. Los resultados se publican en Physical Review Letters.

El efecto isla de calor se conoce desde hace décadas. En esencia, deriva del hecho que los materiales como el hormigón y el asfalto absorben calor durante el día y lo radian por la noche de manera mucho más acusada que la vegetación. El fenómeno puede ser considerable: en algunas ciudades, el incremento de la temperatura durante la noche llega a superar los 5 grados centígrados. Ello puede implicar un aumento significativo de problemas de salud, así como un gran gasto en energía durante las épocas calurosas. Por ello, conocer el origen del fenómeno reviste cada vez más importancia en una época en la que más y más personas viven en entornos urbanos. 

De los átomos a las ciudades 

En el nuevo trabajo, los investigadores hallaron que el uso de ciertos modelos matemáticos desarrollados originalmente para analizar la estructura atómica de los materiales permitía derivar una fórmula sencilla que describía la influencia del trazado urbano en el efecto isla de calor, explica el coautor del estudio e investigador del MIT Roland Pellenq, quien también dirige el centro (MSE)2 (Ciencia de Materiales MultiEscala para la Energía y el Medioambiente), un instituto mixto del MIT, el CNRS francés y la Universidad de Aix-Marsella. «Usamos herramientas de la física estadística clásica», señala Pellenq.

Los autores adaptaron formulas inicialmente concebidas para describir la manera en que los átomos de un material se ven afectados por las fuerzas ejercidas por otros átomos, y transformaron ese complejo conjunto de relaciones en una descripción estadística mucho más simple de las distancias relativas entre edificios próximos. Después, aplicaron esas fórmulas al trazado urbano de decenas de ciudades de todo el mundo y lograron caracterizar cada una de ellas con un solo número, el «parámetro de orden local», comprendido entre 0 (desorden total) y 1 (estructura cristalina perfecta). Dicho índice proporciona una descripción estadística de cómo se agrupan las edificaciones más cercanas a un edificio dado. Para cada ciudad, los investigadores recabaron datos de la temperatura tanto en el interior de la urbe como en sus inmediaciones, a fin de calcular la diferencia.   

En general, calcular el parámetro de orden local de un material requiere emplear métodos como el bombardeo de neutrones para deducir la disposición de sus átomos. En este caso, explica Pellenq, «para obtener la posición de los edificios no hacen falta neutrones, sino que basta con Google Maps». A partir de esos mapas, los investigadores hallaron que el parámetro de orden de las distintas ciudades estudiadas se hallaba entre 0,5 y 0,9. El equipo estableció que las diferencias en el calentamiento urbano parecían derivarse del modo en que los edificios radian calor y de la manera en que este es absorbido por las construcciones situadas justo enfrente.

Nuevas estrategias 

Disponer de esta información puede ser importante en países como China, donde se están levantando nuevas ciudades con rapidez, así como en aquellas zonas donde las urbes ya existentes se hallan en pleno proceso de crecimiento, añade Pellenq. En los lugares cálidos, las ciudades podrían diseñarse para minimizar ese calor extra, mientras que en las regiones frías el efecto podría convertirse en una ventaja.

«Si planeas la construcción de un nuevo barrio en Phoenix [Arizona], no querrás levantarlo en forma de red, ya que se trata de un lugar muy caluroso. En algunas zonas de Canadá, sin embargo, un alcalde podría optar por un diseño reticular para mantener más caliente la ciudad», ejemplifica Pellenq.

El investigador añade que las consecuencias pueden ser considerables. Al evaluar cada uno de los estados de EE.UU., los autores hallaron que, por ejemplo, solo en el estado de Florida, el efecto isla de calor era responsable de un sobrecoste de 400 millones de dólares en aire acondicionado. «Esto proporciona una estrategia a los urbanistas», indica Pellenq. Aunque a la hora de disponer el alcantarillado y otras infraestructuras suele ser más fácil hacerlo en una geometría cuadriculada, allí donde el calor plantee serios problemas puede merecer la pena asumir las complicaciones que conlleva un trazado más irregular.

Por último, el estudio sugiere que investigar en materiales de construcción puede ofrecer una manera de gestionar el intercambio de calor entre los edificios de los centros históricos de las ciudades.

Artículo traducido por Investigación y Ciencia con el permiso de MIT News.

Referencia: «Role of city texture in urban heat islands at nighttime». Jacob M. Sobstyl et al. en Physical Review Letters, vol. 120, art. 108701, 9 de marzo de 2018.

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