AEROGEL

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA

INGENIERIA DE MATERIALES I Trabajo monogrfico: Aerogel Docente:Mamani Calla Pablo

Integrantes del grupo: Sacramento Marca Cristhian Antonio Rivero Ticona Junior Jair Curimaya Aguilar Andy Raul Cerna Huaman Paolo Junior Bellavista Callao2014

DEDICATORIA:Queremos dedicar este trabajo para aquellas personas que nos apoyan da a da para lograr nuestras metas trazadas en el fin de cumplir con el progreso de nuestras familias y de sociedad a la que vamos a servir.

INDICE

RESUMEN

INTRODUCCION

En los ltimos aos, la tecnologa ha venido creciendo a pasos agigantados y uno de estos grandes logros ha sido la creacin de los aerogeles, uno de los materiales ms prometedores del siglo XXI.Cuando se crea un nuevo material muchas veces, se produce un gran cambio a nivel mundial, cambiando a su vez la vida de muchas personas, es as como lo hicieron el bronce, el carbono, el acero, el petrleo y los plsticos cuando fueron descubiertos y desarrollados. Gracias a las maravillas de la fsica, qumica y otras ciencias se ha creado un nuevo material que muchos desconocemos hoy en da, pero que de seguro de aqu en poco tiempo estar en boca de todos: me refiero a los aerogeles.Seguro ya se habr dado cuenta de que hasta ahora me he referido del aerogel como si fuera algo maravilloso y pues es verdad, pero Qu es un aerogel, que tiene de especial este material, que lo hace nico, que hace que hasta en la NASA hablen de l? He aqu las razones.

AEROGELQu es el AEROGEL?Un aerogel es una sustancia coloidal similar al gel, en la cual el componente liquido es cambiado por un gas, obteniendo como resultado un solido de baja densidad (3 miligramos por centmetro cubico) y altamente poroso, con ciertas propiedades muy sorprendentes, como su enorme capacidad de aislante trmico. El 99,8% es aire.Las primeras lneas nos dice El aerogel es una sustancia coloidal; pero Qu es una sustancia coloidal? Pues un coloide, suspensin coloidal o dispersin coloidal es un sistema fsico-qumico compuesto por dos fases: una continua, normalmente fluida y otra dispersa en formas de partculas; por lo general slidas, de tamao mesoscpico (a medio camino entre lo macro y lo microscpico). Un coloide por excelencia tiene como fase continua un lquido y la fase dispersa se compone de partculas slidas. En el caso del aerogel, la fase continua o componente lquida ha sido sustituido por un gas, dndole grandes cualidades nicas como su la de ser un slido de baja densidad.

Figura 1: Nuevos Materiales: AerogelA qu s debe su densidad tan baja?Muchos cuerpos pueden tener un volumen idntico pero pueden poseer, sin embargo, masas diferentes Cmo diferenciamos unos de otros? Definimos una nueva magnitud que lo refleje: la densidad. La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia; es decir, la razn, proporcin o divisin entre la masa del cuerpo y el volumen que este ocupa. Su unidad SI es kilogramo por metro cbico. Como lo habamos nombrado antes su densidad tan baja era porque se encuentra formada por entre un 90 y un 99,8% de aire dndole el peso y densidad ya nombrado.

Figura 2: La Densidad del AerogelPor qu es un material poroso?El aerogel es un material altamente poroso, pero que es porosidad? La porosidad es la capacidad de un material de absorber lquidos o gases, es decir, un material poroso debe contener en su estructura espacios vacos o poros que le permitan absorber fluido y a su vez, tales espacios debe de estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a travs del material lo cual trae otro concepto, la permeabilidad. Es por eso que dice que el aerogel es un instrumento muy permeable.

Figura 3: Porosidad del aerogelEl Aerogel como aislante trmicoPara explicar porque el aerogel es un material muy bueno como aislante trmico es necesario hablar de conveccin. La conveccin es una de las formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (lquido o gas) que transporta calor entre zonas con diferentes temperaturas. Cabe resaltar que la conveccin se produce nicamente por medio de materiales fluidos. (Se expresa mediante la ley de enfriamiento de Newton). Ahora viene lo importante:El aire s transmite calor por conveccin, lo que reduce su capacidad de aislamiento. Por esta razn se utilizan como aislamiento trmico materiales porosos o fibrosos, capaces de inmovilizar el aire seco y confinarlo en el interior de las celdillas ms o menos estancas que a su vez significa que pueden absorber los gases del exterior. Qu es un aislante trmico? Un aislante trmico es un material usado en la industria y construccin caracterizado por su alta resistencia trmica. Establece una barrera al paso del calor entre dos medios que naturalmente tenderan a igualarse en temperatura, impidiendo que entre o salga calor del sistema que nos interesa (como una nevera o una vivienda)El aerogel es un aislante trmico por excelencia por las propiedades anteriormente ya nombradas y su funcionamiento. Como aislante trmico, el aerogel se presenta en mantas flexibles y solo se presenta en espesores de 5mm a 10mm. Gracias a su porosidad adquiere caractersticas que lo hacen resistir a muy bajas y altas temperaturas, y es ms, protege 39 veces que la mejor fibra de vidrio.Caractersticas del Aerogel Ofrece, es hidrfobo (repele la humedad an en altas temperaturas). Es permeable (deja pasar el aire/vapor). Previene la corrosin bajo el aislamiento, es ignfugo (no se incendia). Es sumamente resistente al trato duro (pisotones, golpes, etctera).Pero sus 2 principales caractersticas son: Es que es capaz de soportar mil veces su propio peso Presenta un aspecto totalmente fantasmagrico (con parecido al vidrio) y una resistencia parecida a la espuma de polietileno, de aqu que se deriva algunos nombres como humo slido o humo helado.

Entre algunas peculiaridades, encontramos que su ndice de refraccin, inusualmente bajo para un slido, gira alrededor de 1,0. Hay que resaltar que el ndice de refraccin de una sustancia es la relacin entre las velocidades de la luz en el vaco y a travs de la otra sustancia. (Siempre es de 1 a ms) Volviendo con los aerogeles, su velocidad de propagacin del sonido por dicha sustancia tambin es muy baja, de 100m/s.Tipos de AerogelEl aerogel se puede fabricar a partir de muy diferentes materiales; lasinvestigaciones de Kirstler consistan en aerogeles basados en slice,circonio, almina, xido de cromo, estao y carbono.En 2013, el profesor Gao Chao y su equipo de investigacin de la Universidad Zhejiang de China desarrollaron el aerogel de grafeno, cuya densidad de 0.16mg/cm3 es la ms baja jams alcanzada.Generalmente se usa el slice. La sustancia de aerogel es dixido de silicio puro y arena, es decir, el mismo componente que se utiliza para fabricar vidrio, pero como ya lo dijimos est conformado generalmente por aire lo cual la convierte en un material con baja densidad muy cercana a la del aire, pero diferente por los componentes de slice, almina que le dan esas caractersticas tan especiales.Cmo se obtiene un aerogel? Se prepara en forma de gelatina, mezclando el silicio lquido con un disolvente lquido de rpida evaporacin, lo que produce un gel que es despus secado en un instrumento especial de presin. La mezcla aumenta su espesor, de manera que con un calentamiento cuidadoso y la despresurizacin se obtiene una "esponja" cristalina de silicio.Lo que queda es a menudo llamado "humo slido", debido a su color nebuloso y transparente, as como por su extremada ligereza. Sin embargo, la aparentemente frgil sustancia dura mucho y adems es capaz de resistir el ambiente espacial e incluso un lanzamiento.Cabe recordar que el aerogel fue creado por Samuel S.Kistler, en el ao 1931, casi por casualidad, cuando l y Charles Learned, se desafiaron a hacer posible desplazar o reemplazar el lquido que se encontrase dentro de un frasco por un gas, de manera que el volumen no se viese afectado por dicho cambio. Como suele pasar, el resultado de dicho experimento entre ambos cientficos, que no tena ms fin que el de una curiosidad o desafo, dio lugar a un maravilloso descubrimiento, la sustancia que estamos describiendo, el aerogel.Los aerogeles tradicionales desarrollados ya hace dcadas estn hechos de slice, que se encuentra en la arena de la playa. Son frgiles y se desmoronan fcilmente. Con el tiempo los cientficos han conseguido mejorar la fuerza de los aerogeles.Los nuevos aerogeles son hasta 500 veces ms fuertes que sus equivalentes de slice, afirma la investigadora Mary Ann B.Meador, que ha presentado un aerogel desarrollado por cientficos del Glenn Research Center de la NASA en Cleveland, Ohio: Una pieza gruesa puede soportar el peso de un automvil. Y puede ser producidos con una forma delgada, una pelcula tan flexible que hace posible una amplia variedad de usos comerciales e industriales.Usos del AerogelLos ingenieros estn comenzando a realizar experimentos muy interesantes con este material, su capacidad de funcionar como un aislante trmico y su poco peso lo hacen extraordinario para la construccin de estructura areas, lo que permitira a estas flotas indefinidamente en el aire. Por ejemplo, una cpula geodsica construida con aerogel sera tan ligera, que la diferencia de temperatura entre el aire del exterior con el del interior sera suficiente para hacerla flotar. Esto reducira el costo de la estructura ya que su peso se vera disminuido al no necesitar vigas de soporte. El aerogel usado aqu es el llamado aerogel traslcido, que no permite la fuga de calor pero s la entrada de radiacin solar, tal como lo hace un cristal, lo que le permitira la flotacin indefinida mientras le de el sol. Incrementando el diferencial de la temperatura interior o exterior puede variarse la altura de la cpula.Otras aplicaciones que todava estn en proceso pero ya en la etapa final son la creacin de aerogeles de titanio de 2mm de grueso que pueden detener una bala; vasos que tras ser rotos, se disuelven en el agua y no contaminan, pues son bsicamente arena.Entre las aplicaciones espaciales, la NASA ha creado contenedores para el combustible de las naves espaciales muy ligeros o placas para soportar la reentrada atmosfrica.Aerogel aplicado a la Industria TextilCon lo respecta a la industria textil y aprovechando las propiedades ya nombradas anteriormente los cientficos creen que este material podr ser empleado en un futuro en la fabricacin de ropa que nos proteja del fro y las inclemencias del tiempo. Estos aerogeles flexibles se podran utilizar, por ejemplo, en una nueva tendencia de ropa sper aislante que mantenga a la gente caliente aunque haga fro, con menos volumen que las tradicionales prendas trmicas. Sacos de dormir y/o carpas tendran las mismas ventajas. Tal ejemplo de eso es el uso que le dan los montaeros; por ejemplo, Anne Parmenter, una montaera britnica experimentada, subi al Everest usando unas botas que tenan plantillas de aerogel y sacos de dormir rellenos del mismo material.En lo que se refiere a la industria y a la organizacin espacial el material podra utilizarse para aislar los trajes espaciales. Marque Krajewski, qumico y profesor de la Northwestern University de Illinois, dice que una capa de aerogel de 18mm de aerogel ser suficiente para proteger a los astronautas contra las temperaturas tan bajas como -130 C. La NASA prev el uso de este novedoso material en un avanzado sistema de reentrada de las naves espaciales que regresan a la Tierra desde la Estacin Espacial Internacional (ISS), y tal ves otras misiones. Las naves necesitan un escudo trmico para evitar que se quemen debido al calentamiento por friccin de la atmsfera terrestre. Dichas plantillas pueden ser voluminosas y pesadas, por lo que la NASA investiga el uso de un escudo trmico hecho de aerogel flexible que se infle como un globo cuando la nave entre en la atmsfera.Aerogel aplicado al campo militarCon lo que respecta a lo militar, an se esta probando el aerogel para cubiertas y armaduras a prueba de bombas y explosivos para los vehculos militares. En el laboratorio, una placa del metal cubierta de 6mm de aerogel quedo casi intacta frente a una rfaga directa de la explosin de un kilogramo de dinamita.Aerogel aplicado al cuidado del medio ambienteLos aerogeles tambin pueden servir al cuidado del medio ambiente ya que el aerogel, tiene millones de minsculos poros en su superficie que lo hacen ideal para absorber los agentes contaminantes del agua. Es ms hasta se ha creado una nueva versin de aerogel diseada para absorber el plomo y mercurio del agua. Algo increble, pero que an est a prueba es la creacin de otras versiones que se disearan para absorber derramamientos de aceite.Aerogel aplicado a la Industria de materialesEn la industria de materiales y/o tecnologa industrial, los cientficos creen y llegan hasta afirmar que los aerogeles podrn ser empleados en los frigorficos, volviendo a sus paredes ms delgadas lo cual hara que alcance ms alimento. Se asegura que el aerogel es de cinco a diez veces ms eficiente que el aislamiento existente. Una hoja de un cuarto de pulgada de espesor proporciona tanto aislamiento como de 3 pulgadas de fibra de vidrio. Se considera tambin que seran aislantes finsimos pero muy eficaces para edificios, tuberas, tanques calentadores de agua y otros dispositivos. Por ejemplo Bob Stoker, el primer britnico en tener su propiedad aislada con aerogel dice La calefaccin ha mejorado perceptiblemente, he bajado el termstato cinco grados. Es un cambio notableEn lo nico que no sera adecuado el uso de aerogeles, sera en las prendas de vestir utilizadas en la extincin de incendios, que requieren proteccin ms all de los 575 grados Fahrenheit que son a su vez los lmites del aerogel.Como mencionamos al principio los aerogeles tradicionales no son para nada comparados con los que existen ahora.Como se logr el avance del AerogelLos cientficos produjeron los nuevos aerogeles fuertes de dos maneras. Una de ellas implica hacer cambios en la arquitectura interna slice tradicionales. Para ello, utilizaron un polmero, un material similar al plstico, que refuerza las sedes de slice que se extienden a lo largo de la estructura del aerogel. La otra frmula implica poliamida, un polmero increblemente fuerte y resistente al calor, insertado para aadir ms fuerza a la estructura.Si el aerogel est compuesto por 99,8% de aire, entonces es el material ms ligero del mundo? Djenme decirles que no. Hace algunos aos se crea que el aerogel de nanotubos de carbono, una variedad del aerogel, era el material ms ligero que poda existir hasta que crearon los micro retcula metlica ultraligera que tena una densidad de apenas 0.9 miligramos por centmetro cubico Pero hace poco, recientes investigaciones dieron por hecha una nueva sustancia, el material ms ligero del mundo, hecho de 99,99% de aire y con propiedades de ciencia ficcin, me refiero al aerografito. Aunque sigue en constante investigacin tiene una densidad de 0.2 miligramos por centmetro cbico y se dice que podra formar partes de la futura generacin de pilas y bateras ultraligeras.

El aerogel aplicado por los Ingenieros MecnicosPara todo ingeniero mecnico est por encima de todo la seguridad de su personal por ello debe de estar pendiente y observando las innovaciones que se dan en el mercado como es el equipamiento necesario para la disminucin de accidentes laborales, es por ello que es necesario la implementacin de prendas a base de aerogel para la proteccin de sus trabajadores. Todo esto viene relacionado en los temas de seguridad industrial y salud ocupacional.Sabiendo que el aerogel es un elemento capaz de soportar tanto altas como muy bajas temperaturas este producto (prendas de seguridad a base de aerogel) sera suministrado si se encuentra que en la empresa hay factores de riesgo que puedan afectar la integridad del personal. De ser as, se pasara a la segunda fase la cual es visitar cada puesto de trabajo e identificar en cuales es ms necesaria la implementacin de esta prenda teniendo en primera instancia a los trabajadores con ms riesgo laboral. Luego de suministrar el equipo necesario se har un control en el cual se mirara si los accidentes laborales disminuyeron en un mediano plazo.Imaginemos industrias que se encargan de la extraccin de acero, dicho proceso consta de varios otros pasos como son sacar sus derivados. Para la produccin de hierro se necesita el arabio el cual toca procesarlo y pasarlo por varios pasos como crisol abierto en el cual se quema o extrae todo el oxigeno; otro procesoes elacabado donde hay la necesidad de utilizar grandes hornos los cuales a su vez deben manipularlo obreroscon lo cual exponen su integridad y su vida porque estn a grandes temperaturas, pero la dotacin de implementos a base de aerogel como overoles podra ser la solucin a este problema. La ventaja principal es el mnimo riesgo de accidentes lo cual le ahorrara mucho la empresa en indemnizaciones y demandas con lo cual se podramejorar la produccin y aumentar la eficiencia debido a que el trabajadorse sentira seguroen su puesto.

Los aerogeles son tan beneficios y a la vez tan prometedores. Si algn da el ser humano pueda construir globos o dirigibles con este material, podramos elevarlo miles de metros gracias a las diferencias de temperaturas y estos flotaran indefinidamente. Quien sabe, quizs las alfombras voladoras del futuro estn fabricadas con un tipo de aerogel.Quizs uno de los materiales ms extraos y tiles que existen en la actualidad haya sido resultado de una apuesta entre dos cientficos. Pero se tiene que aceptar que el denominado aerogel es extremadamente liviano y sus caractersticas especiales ya vistas, pueden convertirlo en el elegido para las construcciones de plataformas voladoras, calzado, maquinaria y todo lo que se proponga el ser humano. An queda mucho por investigar, solo el tiempo y el deseo de conocer siempre ms, lo dir.

CONCLUSIONES

De dos a ocho mejor en rendimiento a comparacin del aislamiento convencional. Extremadamente delgada, esto hace que aumente el rea de aplicacin en espacios muy reducidos. Excelente resistencia a propagacin de fuego y emisiones de humo. Sumamente ligero, disminuyendo la mano de obra necesaria para su instalacin.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Aerogelhttp://aerogel.blogspot.es/http://www.icmab.es/dciqes/lcdrx/lcdrx_esp/lineas_archivos/lineas_e_down.htm

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