Antonio Rueda Colomina Contrucción IV

ÍNDICE:

1. Aerogel

2. ¿Qué es el Aerogel?

3. Historia

4. Composición

5. Método de fabricación

6. Aplicaciones reales/posibles

7. Aplicaciones en la construcción

8. Posibles aplicaciones futuras en la construcción

9. Problemas para difundir su uso

10. Curiosidades

11. Bibliografía

1. AEROGEL

Como muchas de las cosas brillantes que inventamos, fue una casualidad que un par de

científicos americanos inventaran lo que puede ser el material del futuro.

El denominado Aerogel es una sustancia extremadamente liviana, y es considerado el

material más ligero del mundo.

Muchas de las grandes expectativas en los avances tecnológicos del siglo XXI se

centran en diferentes usos de este novedoso material por las posibilidades que ofrece

(algunas claramente utópicas… por ahora).

Está siendo toda una revolución en los centros de investigación y se espera que esté a la

altura de productos de generaciones anteriores como fueron la baquelita en los años 30,

la fibra de carbono en los años 80 y la silicona en los años 90.

2. ¿Qué es exactamente el Aerogel?

El aerogel es una sustancia

compuesta por DOS FASES,

lo que generalmente se

denomina coloide.

En un coloide “normal” se

tiene una fase liquida y otra

sólida (pequeñas partículas

en suspensión dentro del

líquido).

En el aerogel el componente líquido se ha reemplazado por un gas. Como resultado,

esta sustancia tiene propiedades que la hacen única.

Características del AEROGEL:

1. Es un SÓLIDO de muy baja densidad (3 mg/cm3 ó 3 kg/m

3)

2. Altamente poroso

3. Generalmente compuesto por un 90% a un 99,8% de aire

4. Mil veces menos denso que el vidrio y unas tres veces más denso que el aire.

5. Familiarmente se le denomina humo helado, humo sólido o humo azul debido

a su naturaleza semi-transparente.

Sin embargo, tiene al tacto una consistencia similar a la espuma de poliestireno.

6. Posee un índice de refracción de 1,0, lo que es muy bajo para un sólido.

7. La velocidad del sonido a través de él es muy baja, 100 m/s.

8. A pesar de su fantasmagórico aspecto, tiene una resistencia mecánica muy

elevada: puede soportar más de 1000 veces su propio peso.

9. Son químicamente inertes (que no son reactivos)

10. Son aislantes térmicos, acústicos y eléctricos, aunque los aerogeles de carbono

conducen la electricidad

Una fina capa de aerogel es capaz de soportar el calor de un soplete.

3. Historia del aerogel

Samuel S. Kistler, en 1931, hizo una

apuesta con su colega Charles Learned

sobre si era posible o no reemplazar el

líquido de un tarro de mermelada por un

gas sin que el volumen del mismo

disminuyera.

Hicieron la prueba con gel de silicio,

intentando no destruir las moléculas de

silicio que le daban al gel su estructura.

¿Chalecos antibalas de aerogel?

Como ocurre a veces, el resultado de un experimento que sólo tenía como fin el desafío

entre dos científicos dio como resultado una sustancia maravillosa: el aerogel.

El aerogel se puede fabricar a partir de muy diferentes materiales; las investigaciones de

Kirstler consistían en aerogeles basados en sílice, circonio, alúmina, óxido de cromo,

estaño y carbono.

Pero las primeras versiones eran aún muy frágiles, absorbían humedad fácilmente y eran

excesivamente caras para comercializarlas.

Así pues, permanecieron como una simple curiosidad hasta los años 60, cuando

empezaron a ser considerados como un medio adecuado para almacenar combustible

líquido para cohetes. Los primeros aerogeles se construyeron en sílice y tenían una

composición química idéntica al vidrio.

Hace una década la NASA comenzó a tomar interés por la sustancia y a proponerla para

usos más prácticos. En 1999 la agencia espacial realizó la misión espacial del Stardust

con un receptor envuelto por completo de aerogel para coger el polvo de la cola de un

cometa de la que volvió con una rica colección de muestras.

4. Composición del aerogel

Actualmente se pueden

fabricar distintos tipos de

aerogeles, utilizando

como base:

- el sílice

- la alúmina

- el óxido de cromo

- el estaño

- el carbono

Dependiendo del resultado que queramos obtener, y el resultado que busquemos,

obtaremos por un material u otro.

Actualmente se están experimentando con muchos otros materiales para dar con nuevos

tipos de aerogeles.

Da la sensación de que las posibilidades son “infinitas”.

Pero lo que más destaca del aerogel es su poco peso. Al fin y al cabo, está compuesto

por hasta un 99,8% de aire, lo que le proporciona una densidad mil veces menor a la

del cristal, y es solo unas tres veces más denso que el aire.

Al tacto, tiene una consistencia similar a la espuma plástica.

Su aspecto fantasmagórico no deja de producir la sensación de que estamos ante una

nueva forma de concebir el estado de los materiales. ¿Gas? ¿Sólido?

Las diferencias entre estados se acercan y difuminan un poco más.

5. Método de fabricación

El objetivo, a priori, es

sencillo:

Tomar el material más ligero

disponible y otorgarle una

fortaleza 100 veces superior,

con lo que se obtiene uno de

los materiales más ligeros y

fuertes conocidos por el

Hombre:

1. Se forma un gel a partir de una suspensión de partículas en un líquido que se

empiezan a mezclar entre sí formando una red capilar (proceso solido-gel).

Cuando esta estructura se ha extendido por todo el volumen del recipiente que

contiene el líquido obtenemos un gel.

2. Tal y cómo su nombre indica, un aerogel es un gel en el cual se ha sustituido el

líquido por aire, manteniendo su estructura. Esto se suele conseguir con

tratamientos a presiones y temperaturas superiores a las del punto crítico del

líquido atrapado en el gel (~100 bar y 250 ºC).

3. En estas condiciones se produce la

evacuación del fluido supercrítico

sin que se dé una coexistencia de

líquido y vapor (que destruiría la

estructura sólida del gel debido a la

tensión superficial)

4. Con este calentamiento cuidadoso y

la despresurización, la mezcla

aumenta su espesor y se obtiene una "esponja" cristalina del material que se

haya usado.

5. Se puede llevar a cabo un proceso de evacuación alternativo a baja temperatura,

sustituyendo el solvente por CO2 líquido.

El “truco” está en la exacta medición de temperatura y presión por la que el gel es

llevado a su punto crítico; Se hace así porque en ese punto no hay puntos de contacto

entre el líquido y el gas, no hay superficie de tensión y, por tanto, el líquido puede ser

eliminado sin destruir la estructura de los polímeros en el gel. Ya con el líquido fuera, el

aire llena los espacios entre los polímero, y el resultado es el tan ansiado aerogel.

6. Aplicaciones/aplicaciones posibles

- EN DEPORTES:

Actuales:

1. Palas de Paddle

2. Trineos

Posibles:

1. Zapatillas deportivas

2. Ropa

3. Tiendas de campaña

4. Tablas de Surf

- EN AUTOMOVILISMO:

1. Parachoques (amortigua golpes en un 89% de intensidad)

2. Elementos dentro del habitáculo

3. Cristales de aerogel

4. También se está probando para cubiertas y armaduras a prueba de

bombas y explosivos para los vehículos militares. En el laboratorio,

una placa del metal cubierta de 6mm de aerogel quedó casi intacta

frente a una ráfaga directa de la explosión de 1kg de dinamita.

- USO MILITAR. Por desgracia, también se están investigando usos para

objetivos militares, lo que puede ser una ventaja para el país que logre

desarrollar cosas tales como:

1. Chalecos antibalas (basados en titanio, de 2mm)

2. Cascos

3. Vehículos terrestres y aéreos

4. Escudos anti-misiles

- USOS VARIOS:

1. Contenedores para el combustible de las naves espaciales muy ligeros

o placas ablativas para soportar la reentrada atmosférica.

2. Vasos que tras ser rotos, se disuelven en el agua y no contaminan,

pues son básicamente arena

3. Aspen 2002 Aerogel, una compañía creada por Nasa, produjo una

versión más fuerte y más flexible del gel. Ahora se está utilizando

para desarrollar unos trajes ultra-aislantes espaciales para la misión

programada para el 2018 de ir a Marte.

Marque Krajewski, químico y profesor de la Northwestern University de

Illinois, dice que una capa de 18mm de aerogel será suficiente proteger a los

astronautas contra las temperaturas tan bajas como -130C.

4. Si algún día construyésemos dirigibles o globos con este material,

podríamos elevarlos miles de metros y gracias a las diferencias de

temperaturas (unos 80ºC a 8.000 metros) flotarían indefinidamente.

5. También es posible que los aerogeles y xerogeles formen también

parte de los microprocesadores en los computadores del futuro

cercano.

6. Condensadores de gran capacidad

7. Desionizadores

8. Sensores ópticos para la detección de gases

9. Filtros de contaminantes atmosféricos

10. Reducción del acoplamiento dieléctrico entre capas conductoras en

chips

11. Medios absorbentes para la desecación

12. Insecticidas

13. Almacenamiento de combustibles peligrosos

14. Catálisis

15. Adaptadores de impedancia para transductores acústicos

16. Absorción y aislamiento sonoro

17. Materiales de protección contra impactos

18. Crisoles para la solidificación

19. Detectores de partículas

7. Aplicaciones en la construcción

Aislante térmico

- El uso más obvio de los

aerogeles es como

aislante térmico

ultraligero para

estructuras aéreas, lo que

en teoría permitiría a estas

flotar indefinidamente en

el aire.

- El pabellón de los Estados Unidos en la Feria Universal de Montreal es una

cúpula geodésica tan ligera, que una diferencia de temperatura entre el aire del

interior con el exterior la haría flotar. El gran problema de crear y conservar esta

diferencia en una esfera de aproximadamente treinta metros de diámetro se

resuelve con un aerogel traslúcido que no permite la fuga de calor y sí la entrada

de radiación solar, como un cristal, con lo que se aumenta la flotación

indefinidamente mientras le dé el Sol, y dada la ligereza del material de la "piel"

de la cubierta, sería masa de flotación en vez de peso. Incrementando el

diferencial de temperatura interior-exterior al elevarse en la atmósfera, partiendo

desde un punto cálido en la superficie y elevándolo hasta, por ejemplo, los ocho

mil metros, se tendrían diferencias de temperatura de 80ºC. Una estructura así

flotaría y produciría un excedente de energía útil inagotable.

- Como aislante térmico convencional, una ventana de aerogel de 2.5 cm aísla

cómo 10 cristales dobles.

Aislante acústico

- Su estructura porosa disminuye la velocidad del sonido en el aire,

comportándose por lo tanto como aislante acústico.

Aislante eléctrico

Bob Stoker, de Nottingham, fue el primer británico en tener su propiedad aislada con

aerogel. "La calefacción ha mejorado perceptiblemente. He bajado el termóstato cinco

grados. Es un cambio notable"dijo.

- Su uso industrial más difundido es el empleo como aislante térmico en las

ventanas de los edificios para evitar la pérdida de calor (o frío).

- Los ingenieros están comenzando a realizar experimentos muy interesantes con

este material. Su poco peso y la capacidad de funcionar como un aislante

térmico lo hacen adecuado para la construcción de estructuras aéreas, lo que

permitiría a estas flotar indefinidamente en el aire. Por ejemplo, una cúpula

geodésica construida con aerogel sería tan ligera, que la diferencia de

temperatura entre el aire del interior con el exterior bastaría para hacerla flotar.

Esto reduciría el peso total de la estructura (y su costo), al no necesitar vigas de

soporte.

El aerogel traslúcido no permite la fuga de calor pero sí la entrada de radiación

solar, tal como lo hace un cristal, lo que se permite la flotación indefinida

mientras le dé el Sol. La altura de la cúpula puede variarse simplemente

incrementando el diferencial de temperatura interior/exterior.

Drenajes

- Su estructura da cabida a la absorción de humedades con un grado de éxito

bastante elevado. Además, se podría canalizar y purificar el agua acumulada

para otros usos.

Captador de Energía

Proyecto Lumenhaus:

Lumenhaus es un proyecto sustentable hecho por Virginia Tech. Es una casa de

energía-cero que funciona completamente gracias a la luz del sol.

Lumenhaus es diferente a otras casas que usan un funcionamiento similar, esta casa

tiene espacios abiertos que unen los espacios unos con otros y con el exterior al

contrario de otras casas que son mucho más cerradas para resistir la transferencia de

calor. Las paredes sur y norte están hechas de vidrio para maximizar la luz del día y el

calor natural.

El sistema completamente automático, Eclipses, que está formado por capas

independientes, permite un diseño revolucionario para la casa mientras permite que la

luz se filtre de una manera hermosa. Estas capas son hechas de hojas traslúcidas y

aerogel. Paneles y cortinas motorizadas también son usadas para proveer de la correcta

temperatura a la casa y privacidad.

Tamizado de la luz con ventanas de Aerogel

Increases light diffusion…

eliminates glare, allows soft, even, deep light dispersion

Improves acoustic performance…

minimizes unwanted noise

Reduces energy consumption…

exceptional thermal performance delivers an American R-value equal to R-8 per

inch and a European U-value equal to 0.7 per 25 mm thickness

UV stable…

maintains performance over time

Resists moisture…

prohibits growth of mold, mildew and fungus

Noncombustible…

En concreto, este modelo pertenece a la empresa Kallwall.

8. Posibles aplicaciones futuras en la construcción

Ésta particular combinación de propiedades hace que se utilicen en numerosas

aplicaciones y sean los mejores candidatos para muchas otras en el futuro, cómo por

ejemplo:

- Edificios flotantes

- Casas autosuficientes de aerogel

- Estructuras livianas y resistentes

- Al ser tan ligero y manejable, facilitaría mucho el montaje, ahorrando tiempos y

costes.

- Elevadores que funcionarían mediante cambios de temperatura, sin motor ni

energía

9. Desventajas:

- De momento es muy caro, por lo que su uso está restringido a casos

excepcionales como un transbordador espacial o equipamiento militar de élite;

aunque se está investigando el abaratamiento de su producción.

- Su Fragilidad, es un material muy delicado sobre todo si se lamina, pero se está

investigando en su manipulación a nivel molecular para poder resolver este

problema.

10. Conclusiones

Tras la investigación realizada sobre este material, podemos concluir que estamos ante

un material recién nacido, que al uso podría solucionar muchísimos problemas actuales

en la sociedad y el medio ambiente.

Por el contrario, los problemas que plantea pueden concluir en la elección de otros

materiales de fabricación más sencilla y costes más económicos.

El aerogel es un perfecto candidato a abanderar la arquitectura del futuro, en tanto que

trae consigo las promesas de sostenibilidad, consideración con el medio ambiente,

ligereza y respeto que tanto se buscan ahora.

Nos puede solucionar problemas en la construcción tales como:

- Reducción de la contaminación generada con la fabricación de materiales y su

uso.

- Puede convertirse en un material biodegradable

- En cuestiones de seguridad, sería un paso adelante debido a su casi ridícula

ligereza en comparación con la resistencia que ofrece. Además, a la hora del

montaje no habría tantos riesgos de accidente laboral.

Por otro lado, al tener un coste tan alto de fabricación y ser tan frágil, corre el riesgo de

no recibir la subvención necesaria para su completa investigación, con lo cuál puede

quedarse en el tintero su futuro.

Sea como sea, es un hecho que estamos ante un punto de inflexión a la hora de concebir

una nueva arquitectura… y casi me atrevería a afirmar que a la hora de concebir una

nueva forma de vida.