APLICACIONES DEL GRAFENO EN LAS CONSTRUCCIONES

AUTORES:

POMASONGO TORDOCILLO, Daniel Santos VERÁSTEGUI CHUQUILÍN, Luis

ASIGNATURA:

ESTRUCTURAS Y CARGAS

DOCENTE:

Ing. PINTO BARRANTES, Raúl Antonio

LIMA – PERU

2015

Índice1. Introducción.......................................................................................................................3

1.1. Grafeno........................................................................................................................3

1.1.1. Definición............................................................................................................3

1.1.2. Utilidad del Grafeno...........................................................................................3

1.1.3. Obtención del Grafeno.......................................................................................3

1. Realidad problemática.......................................................................................................4

1.1. Planteamiento del problema......................................................................................4

2. Objetivos.............................................................................................................................4

2.1. General........................................................................................................................4

2.2. Específicos...................................................................................................................4

3. Marco teórico......................................................................................................................5

3.1. Flexibilidad.................................................................................................................5

3.2. Elasticidad...................................................................................................................5

3.3. Conductividad térmica...............................................................................................5

3.4. Radiación....................................................................................................................5

3.5. Carbono.......................................................................................................................5

3.6. Alotropía.....................................................................................................................5

3.7. Propiedades Mecánicas del carbono.........................................................................6

3.8. Módulo de Young.......................................................................................................6

5. Aplicaciones del Grafeno en la construcción....................................................................6

6. Conclusiones y Recomendaciones.....................................................................................7

7. Anexos.................................................................................................................................7

1. Introducción1.1. Grafeno

1.1.1. DefiniciónEl grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar algrafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.

1.1.2. Utilidad del Grafeno

Para poder hacernos una idea de en cuántos campos distintos puede aplicarse el grafeno, es necesario echar un vistazo a nuestro alrededor y ver todo lo que nos rodea. Ordenadores, coches, teléfonos móviles y equipos de música son, por mencionar sólo algunos de ellos, cosas que encontramos frecuentemente en nuestra vida cotidiana en las que el grafeno se podría llegar a aplicar.

Por sus propiedades, el grafeno puede servir como material en la fabricación de aviones, satélites espaciales o automóviles, haciéndolos más seguros. También en la construcción de edificios, pues los convertiría en más resistentes. 

Pero, sobre todo, destacan sus aplicaciones en el campo de la electrónica, donde a través de su capacidad para almacenar energía puede dotar a las baterías de una mayor duración y un menor tiempo de carga, establecer conexiones más rápidas e incluso contribuir a mejorar el medio ambiente sustituyendo a materiales contaminantes que hoy en día nos vemos obligados a utilizar.

Por todo esto, no es de extrañar que se diga que su utilidad es prácticamente ilimitada y que las barreras a su aplicación únicamente son las de la imaginación humana.

1.1.3. Obtención del Grafeno¿Cómo se obtiene el Grafeno?

Seguramente se preguntarán por qué, si el grafeno tiene tantas cualidades y ofrece tantos beneficios, no se emplea para mejorar nuestra calidad de vida.

La respuesta es sencilla. Para que conserve todas sus propiedades, el mineral ha de ser de la mayor calidad posible. Con el método tradicional de obtención a base de deshojar el grafito con cinta

adhesiva, se consigue grafeno de muy alta calidad, pero la cantidad producida es mínima y resulta insuficiente para su uso industrial. 

Por otro lado, el empleo de otros métodos para su obtención enfocados en aumentar la cantidad producida no consigue un producto con la calidad suficiente.

Actualmente, se comercializa el grafeno bajo dos formas: En lámina y en polvo. ¿En qué se diferencian?

• Grafeno en lámina: es de alta calidad y se emplea en campos como la electrónica, la informática o incluso la aeronáutica, donde se requiere un material muy resistente. Su producción es actualmente muy costosa.

• Grafeno en polvo: se usa en aquellos ámbitos que no requieren de un material de alta calidad. Su proceso de obtención es más barato y permite una mayor producción del producto, pero renunciando a parte de sus propiedades.

El siguiente gran reto en la historia de este mineral es la búsqueda de un método de obtención que supere esta barrera. Diversos equipos de científicos en todo el mundo dedican sus esfuerzos a este fin y aunque los resultados obtenidos son prometedores, aún queda camino por recorrer.

1. Realidad problemática1.1. Planteamiento del problema

En la actualidad se buscan otras alternativas de materiales para la construcción de una edificación, recientemente se ha implementado un material que tiene diferentes propiedades que favorecerían la construcción, nos referimos al grafeno. Este material tiene diferentes aplicaciones ¿Cuáles son estas aplicaciones?

2. Objetivos

2.1. General Analizar las aplicaciones en construcción del grafeno según sus

propiedades.

2.2. Específicos Detallar las propiedades del grafeno. Idealizar edificaciones con grafeno. Comparar pruebas reales de construcciones donde se aplique el

grafeno

3. Marco teórico3.1. Flexibilidad

La flexibilidad es la condición que tiene algo material o inmaterial de ser flexible, o sea lo contrario a lo rígido. Es lo que puede sufrir adaptaciones, es maleable, propenso a adaptarse a los cambios y a la movilidad.

3.2. ElasticidadEl término ‘elasticidad’ se utiliza para hacer referencia a aquella capacidad de la física que permite que algunos elementos cambien su forma de acuerdo a si están bajo estrés físico (es decir, estiramiento) o a si están en su posición de reposo. Algunos materiales tienen la propiedad de ser particularmente elásticos y por tanto son utilizados para la elaboración de productos en los cuales esta propiedad es útil (por ejemplo, algunos tejidos que deben adaptarse a la forma del cuerpo de una persona).

3.3. Conductividad térmicaLa conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto.La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

3.4. RadiaciónEl fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

3.5. CarbonoEl carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Como miembro del grupo de los carbonoideos de la tabla periódica de los elementos. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante respectivamente. Es el pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono, aumentando este

número en unos 500.000 compuestos por año, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. Forma el 0,2 % de la corteza terrestre.

3.6. AlotropíaPropiedad de algunos elementos químicos de poseer estructuras químicas diferentes. Las moléculas formadas por un solo elemento y que poseen distinta estructura molecular se llaman alótropos

Carbono. Variedades alotrópicas: grafito, diamante, grafeno, fulereno y carbino.

3.7. Propiedades Mecánicas del carbono

El grafeno es de los materiales más duros y fuertes existentes, incluso supera la dureza del diamante y es 200 veces más resistente que el acero.

Es altamente rígido, de hecho, tiene un módulo de Young de 1 TPa. Por lo tanto soporta grandes fuerzas sin apenas deformarse.

Se trata de un material ligero con una densidad de tan sólo 0,77 miligramos por metro cuadrado (densidad indicada en unidades de superficie como causa de su estructura laminar).

Soporta grandes fuerzas de flexión, es decir, se puede doblar sin que se rompa.

3.8. Módulo de YoungEs un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés Thomas Young.

5. Aplicaciones del Grafeno en la construcciónEntre las aplicaciones más significativas del grafeno dentro del campo de la construcción, y en particular para mejorar la eficiencia energética en edificios, destacan los siguientes materiales obtenidos a partir del mismo:

Aerogel de grafeno , el cual, dado que se trata del material más ligero y eficiente como aislamiento térmico, permite su aplicación para obtener soluciones de ahorro energético de altas prestaciones.

Se podrán emplear como aislamientos láminas de unos 5 mm de espesor de aerogel de grafeno, con lo cual estamos hablando de espesores mucho menores que los aislantes tradicionales, lo que va a permitir un gran ahorro de espacio y mejora de la eficiencia energética, no solo en la construcción de edificios, sino también en la fabricación de paneles solares. Además de su mínimo espesor, se trata de un material muy

flexible y fuerte, de alta resistencia a acciones mecánicas y de fácil instalación.

En la fabricación de paneles solares de doble tubo con el objetivo de aislar la conexión entre el panel y el tanque de almacenamiento de agua.

Recubrimientos de óxido de titanio de nanopartítulas, para recubrimiento y protección de tubos, con lo que se mejora su eficiencia y su duración y se protegen de la acción de agentes externos como las inclemencias meteorológicas, los rayo ultravioleta, y de otro tipo de acciones de tipo mecánico. El óxido de titano presenta muy buenas propiedades como fotocatalizador y protege al tubo de cualquier agresión del exterior.

Fabricación de paneles solares fotovoltaicos con células realizadas con aerogel de grafeno, dado su elevado rendimiento al absorber toda la luz solar y sus buenas prestaciones como material fotosensible, facilitándose el montaje y la instalación de los mismos al ser un material ligero, incrementando su vida útil y mejorando su eficiencia y su rendimiento y reduciendo costes para las empresas

Fabricación de cables de conexión en los paneles solares de gran eficiencia, debido a la menor tasa de conductividad del aerogel, haciéndolo de gran utilidad y sobre todo en instalaciones solares.

Un nuevo acero inoxidable: La propiedades conductoras e hidrófobas del material pueden ayudar a prevenir la corrosión al rechazar el agua y detener las reacciones electroquímicas que transforman el hierro en óxido férrico o herrumbre.

Pintura para dar energía a las fachadas, creación de superficies formadas por finas capas flexibles, capaces de absorber luz solar y producir electricidad suficiente para competir con los paneles solares convencionales. El nuevo material está formado por varias capas de materiales, con el que podría llegar a fabricarse una pintura solar (muy eficiente) que incluso tendría la capacidad de cambiar de color. Por sus propiedades, estos sandwiches de materiales pueden llegar a tener diferentes funciones.

Un vidrio de blindaje: mezclando en la cocción partículas de grafeno se puede conseguir la posibilidad de fabricar vidrios laminados ultrafinos y a la vez antivandálicos y antibalas para escaparates de bancos y demás comercios.

Composites para materiales en revestimientos de fachadas y de interior: Por su ligereza y extraordinaria flexibilidad unida a su resistencia, formará parte de acabados para fachadas ya que además se puede mezclar con elementos inorgánicos sin deteriorarse.

Se está estudiando si podrá ser el sustitutivo del acero corrugado para su integración con el hormigón en la ejecución de estructuras armadas.

6. Conclusiones y Recomendaciones

Después de haber leído las diversas pruebas e investigaciones de importantes Universidades y científicos prestigiosos nos lleva a la conclusión que el grafeno es mucho más fuerte que el acero, más liviano y más flexible.

Se realizaron ensayos de medición de fuerza en la Universidad de Columbia siendo el elemento ganador el grafeno.

Por el momento el grafeno no está incursionando en el Perú en la rama de la construcción.

7. Anexos

Artículos en la Web:

Ing. Xavier Valderas:

A partir del 2004, empezaron a subir los precios de los metales como el cobre, aluminio y especialmente del acero, que es muy utilizado en la construcción.Todo esto surgió por problemas económicos que pasaba España, las constructoras empezaron a contratar mano barata y cada vez existían menos construcciones. Dentro de todo esto empezó a emerger “el grafeno” el plástico del futuro. Este derivado del grafito es el único material que resulta 200 veces más resistente que el acero, siendo además el material más elástico que se conoce, y así mismo un excelente conductor de calor y electricidad.http://elmaestrodecasas.blogspot.com/2013/06/nuevos-materiales-de-construccion-el.html

Teinteresa.es Ciencia

Pese a que el grafeno se conoce desde la década de 1930, fue abandonado por considerarlo demasiado inestable. No fue hasta muchos años después, en 2004, cuando los científicos de origen ruso Novoselov y Geim consiguieron aislarlo a temperatura ambiente. Gracias a él obtuvieron el Premio Nobel en 2010.El grafeno es, además, el material más fuerte que existe. Lo han confirmado científicos en la universidad de Columbia y publicando el hallazgo en la revista 'Science'.http://www.teinteresa.es/ciencia/grafeno-sirve_0_1316269103.html