proyecto ladrillos ecologicos

TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO Instituto Tecnológico de Pinotepa

INGENIERIA INDUSTRIAL

TALLER DE INVESTIGACION I

PROTOCOLO DE INVESTIGACION “PROYECTO LADRILLOS ECOLOGICOS”

5º SEMESTRE

EQUIPO: ISIDRA GUZMAN VARGAS REMEDIOS CRUZ ALBERTO

03/ NOVIEMBRE/2016

INDICE

Introducción………………………………………………………….4

Antecedentes y Justificación…………………………………….7

Objetivos……………………………………………………………..9

Marco teórico…………………………………………………….....9

Diseño metodológico………………………………………………14

Cronograma de actividades………………………………………22

Presupuesto…………………………………………………………23

Bibliografía…………………………………………………………...24

2

“LADRILLOS ECOLOGICOS QUE ABSORBEN CO2 COMO MATERIAL SOSTENIBLE PARA LA CONSTRUCCION UNA ALTERNATIVA PARA DISMINUIR LA CONTAMINACION ATMOSFERICA”

3

El cambio climático es la mayor amenaza ambiental del siglo XXI, con consecuencias económicas, sociales y ambientales de gran magnitud. Todos sin excepción; los ciudadanos, las empresas, las economías y la naturaleza en todo el mundo están siendo afectadas. El clima siempre ha variado, es dinámico, no permanece estable y siempre han existido variaciones. El problema del cambio climático es que en el último siglo el ritmo de estas variaciones se ha acelerado mucho, y la tendencia es que esta aceleración va a ser exponencial si no se toman medidas que lo controlen.

Al buscar la causa de esta aceleración se encontró que existe una relación directa entre el calentamiento global o cambio climático y el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero provocado por las sociedades humanas tanto industrializadas como en desarrollo. El nivel de emisiones de dióxido de carbono (CO2) ha aumentado un 31%;

¿Qué consecuencias existen al carbono (CO2) en la atmósfera? 4

aumentar las concentraciones de dióxido de

1. La temperatura media de la superficie terrestre se ha incrementado a lo largo del siglo XX en 0,6 ºC. En el siglo XXI se prevé que la temperatura global se incremente entre 1 y 5ºC. 2. En el Siglo XXI el nivel del mar subirá entre 9 y 88 cm, dependiendo de los escenarios de emisiones considerados. 3. Incremento de fenómenos de erosión y salinización en áreas costeras. 4. Aumento y propagación de enfermedades infecciosas. 5. Desplazamiento de las especies hacia altitudes o latitudes más frías, buscando los climas a los que están habituados. Aquellas especies que no sean capaces de adaptarse ni desplazarse se extinguirán. 6. Aumento en frecuencia e intensidad de los fenómenos meteorológicos extremos.

En la última década se hay realizado diversos proyectos de sustentabilidad para disminuir los niveles de contaminación, enfocándose más en el reciclaje y reutilización de los plásticos, aguas tratadas, dejando olvidado las consecuencias que provocan

las sustancias toxicas como (dióxido de carbono (CO2), %; el

metano (CH4) , y el óxido nitroso (N2O)) que emiten las fábricas, automóviles ,entre otros. Siendo el más peligroso el dióxido de carbono. 5

A partir del 2011, el dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra está a una concentración de 392 ppm por volumen. El CO2 es tóxico en concentraciones altas y hará que las personas sienten sueño, mareos, dolor de cabeza, disfunción visual y auditiva, y pérdida del conocimiento. Si la situación no cambia y seguimos al mismo ritmo, se estima que para el año 2050 las emisiones de CO2 habrán aumentado en un 130% aproximadamente, lo cual sería muy grave para el medio ambiente.

A pesar de las distintas políticas de control de emisiones que llevan a cabo los países, lo cierto es que las emisiones de dióxido de carbono no parecen estar disminuyendo, sino más bien lo contrario: van en aumento y cada vez están más cerca de los niveles críticos. Eso no es todo, pues a medida que pasa el tiempo se vuelve un fenómeno más difícil y caro de combatir. Por tal motivo surgió la idea de construir un material que ayude a disminuir las altas concentraciones de dióxido de carbono.

6

ANTECEDENTES Existen algunos proyectos que se centran en disminuir los niveles de CO2 algunos de ellos son los siguientes:   

Cemento ecológico que absorbe el bióxido de carbono Hormigón que absorbe el CO2 de la atmósfera. Hormigón de cáñamo que captura CO2 y es siete veces más fuerte que el normal.

Nuestra idea está basada principalmente en un proyecto que ha sido desarrollado por la compañía nipona TIS & Partners. Es un ladrillo que tiene mayor tracción que el hormigón y la gran ventaja es que se puede usar para construir viviendas en forma rápida para situaciones de emergencia. Los ladrillos pueden usarse para todo tipo de edificaciones y construcciones por su gran versatilidad. Se calcula que la vida del material es de 50 años aproximadamente aunque se necesitan realizar diseños experimentales par demostrar esta hipótesis Este proyecto es generado por empresarios japoneses y se crearon con la idea de utilizarlo en zonas de desastre en las que se requiera la construcción de viviendas de una forma rápida, como es el caso japonés después de los últimos terremotos. Los materiales para la construcción con bajo impacto ambiental son una alternativa para construir viviendas y edificios amigables con el medio ambiente. Estos ladrillos pueden ser una alternativa a los materiales convencionales que muchos son altamente nocivos y contaminantes. Para poder resolver los 7

problemas de contaminación debemos apostar por la arquitectura ecológica y sustentable. La fabricación es simple y los componentes fáciles de conseguir ya que se coloca arena con alto contenido de silicio en moldes herméticos a los que se les inyectan dióxido de carbono. Luego se le agrega epoxi para que se aglutine bien y tenga una buena resistencia y que este bien compacto.

Estos ladrillos tienen una resistencia 250 por ciento más que el hormigón por lo cual es un buen reemplazante de este material. Al necesitar CO2 se pueden convertir los ladrillos en un sumidero de este gas tan contaminantes y que genera daño ambiental.

La idea de nuestro ladrillo es que absorba CO2 como el diseño de Japón, añadiéndole al diseño la función de liberar oxígeno, esto con el propósito de hacer las viviendas menos peligrosas para la sociedad y contribuyendo a disminuir la contaminación atmosférica.

8

OBJETIVO GENERAL 

Elaborar un ladrillo que sea capaz de absorber el dióxido de carbono que se encuentra disperso en la atmosfera esto para contribuir en la disminución de la contaminación del aire.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  

Identificar las sustancias para la elaboración del ladrillo ecológico. Plantear los procedimientos necesarios para la elaboración del ladrillo

 

ecológico Realizar las pruebas necesarias para su elaboración Verificar la funcionalidad, impacto y resistencia del ladrillo ecológico.

MARCO TEORICO Para la fabricación de los ladrillos se requiere de los siguientes materiales:     

Arena con alto contenido de silicio Moldes herméticos Dióxido de carbono Resinas epoxi Moldes para inyección de CO2

El silicio es un elemento químico de aspecto gris oscuro azulado y pertenece al grupo de los metaloides. El punto de fusión del silicio es de 1687 grados

9

Kelvin o de 1414,85 grados Celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del silicio es de 3173 grados Kelvin o de 2900,85 grados Celsius o grados centígrados. El silicio forma parte de los elementos denominados metaloides o semimetales. Este tipo de elementos tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. En cuanto a su conductividad eléctrica, este tipo de materiales al que pertenece el silicio, son semiconductores. 

El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y es vital para la industria de la construcción.



El dióxido de silicio y sílice (en forma de arcilla o arena) son componentes importantes de ladrillos, hormigón y cemento.

Dióxido de Carbono. También denominado Óxido de carbono (IV), Gas carbónico y Anhídrido carbónico, es una sustancia cuyo estado natural es gaseoso y sus moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Su fórmula química es CO2. La representación por estructura de Lewis es: O=C=O. Es una molécula lineal y no polar, a pesar de tener enlaces polares. Esto se debe a que dada la hibridación del carbono la molécula posee una geometría lineal y simétrica. El Dióxido de carbono es un gas incoloro, inodoro y con un ligero sabor ácido, aproximadamente 1,5 veces más denso que el Aire. La molécula se compone de

10

un átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno CO 2, es soluble en agua en una proporción de un 0,9 de volumen del gas por volumen de agua a 20 °C. El dióxido de carbono es uno de los gases más abundantes en la atmósfera. El dióxido de carbono juega un papel importante en los procesos vitales de plantas y animales, tales como fotosíntesis y respiración.

La Resina Epoxi o poli epóxido es un polímero termoestable (la resina) que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o endurecedor. Las resinas epóxi más frecuentes son producto de una reacción entre bisfenol-a y la epiclorohidrina, el bisfenol A se obtiene de fenol y acetona. Las resinas epoxi están constituidas comúnmente de dos componentes que se mezclan previamente antes de ser usados; al mezclarse reaccionan causando la solidificación de la resina, su curado se realiza a temperatura ambiente, durante ese curado o secado se forman enlaces cruzados lo que hace que su peso molecular sea elevado.

Características de las resinas epoxi        

11

Humectación y de adherencia son óptima. Buen aislamiento eléctrico. Buena resistencia mecánica. 0 – 800 kg aprox. Resisten la humedad. Resisten el ataque de fluidos corrosivos. Resisten temperaturas elevadas. 40°-60° aprox. Excelente resistencia química. Excelentes propiedades Adhesivas.

Las resinas epóxicas se usan en la industria de la construcción para unir bloques y como argamasa en edificios, además unión entre hormigones, morteros, juntas, membranas, anclajes, pinturas y reparación estructural.

Una de las principales características de la resina epoxi es la Tg (temperatura de transición vítrea ). Entendemos por Tg un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el estado rígido del material. La Tg se puede entender de forma bastante simple cuando se entiende que en esa temperatura el polímero deja de ser “rígido” y comienza a ser “blando”. Otra de las características de la resina epoxi es su velocidad de curado. La velocidad de curado de la resina epoxi depende del endurecedor (hardener) elegido, NUNCA de la cantidad. En general los endurecedores se pueden mezclar entre sí para ajustar más el tiempo de curado CURADO RESINA EPOXI La reacción de curado de las resinas epoxi es una reacción es estequiometria, por lo que el porcentaje de resina y endurecedor no puede variar. Se catalizan con complejos amínicos. En general requieren de post-curado para alcanzar máximas propiedades. El curado de la resina SÓLO se produce si el ratio resina/endurecedor es el correcto. En general, a temperatura ambiente se puede lograr hasta un 80-90% del curado total si la tg inferior 80º C, las máximas propiedades se logran tras un

12

post-curado. Para las resinas de curado a temperatura ambiente sin post-curado, se puede considerar que han curado totalmente en general tras una semana. PROPIEDADES DE LAS RESINAS EPOXI En el siguiente gráfico podemos ver la comparación de las propiedades de la resina epoxi, con otros tipos de matrices termoestables.

DISEÑO METODOLOGICO Estos ladrillos están hechos de un material de construcción que en poco tiempo adquiere una resistencia a la tracción 2,5 veces la del hormigón, y su componente 13

principal es arena. Se calcula que la vida del material es de 50 años aproximadamente. A este material innovador se le ha llamado “Estructura de CO2”, ya que para provocar que la arena del molde endurezca se le inyecta CO2.

El proceso de fabricación es sencillo y consiste en: 1. La colocación de arena con alto contenido en silicio en moldes herméticos. El tamaño de los moldes va a depender del tamaño del ladrillo que se desee realizar y este tipo de mezcla al ser tan versátil, lo facilita más no solo en el tamaño sino también en las formas que se desean realizar.

La arena sílice es un compuesto resultante de la combinación del sílice con el oxígeno. Su composición química (SiO2) está formada por un átomo de sílice y dos átomos de oxígeno, formando una molécula muy estable que es insoluble en agua y que en la naturaleza se encuentra en forma de cuarzo. Propiedades físicas 

Estado de agregación: sólido



Apariencia: transparente



Densidad: 2634 kg/m3; 2,634 g/cm3



Masa molar: 60,0843 g/mol

14



Punto de fusión: 1986 K (-271,164 °C)



Punto de ebullición: 2503 K (-270,647 °C)



Estructura cristalina: Cuarzo, cristobalita o tridimita

Propiedades químicas 

Solubilidad en agua; 0,012 g en 100 g de agua.

La arena de sílice es una materia prima muy importante en la composición de las fórmulas de detergentes, pinturas, hormigones y morteros especiales, y constituye la materia prima básica para la obtención del silicio. La * cantidad de arena está relacionada con el tamaño y los bloques a construir.

2. En los moldes se inyecta dióxido de carbono que se combina con el silicio en menos de un minuto creando el ladrillo. Para esto se utilizará el método de moldeo por inyección asistida con gas (GAIM).

Algunas variantes de esta técnica son las siguientes:

15

La cavidad de moldeo se llena con material fundido y posteriormente se inyecta nitrógeno de manera que cuando el gas se expande, el fundido en exceso sale a contracorriente, por la misma entrada del molde, haca el cilindro de pre plastificación. En sus inicios el GAIM pretendió ser la respuesta para la fabricación de cualquier pieza a precios económicos con importantes ahorros de tiempo y material. Requisitos del gas El GAIM demanda altas presiones y óptimo control de las mismas durante el proceso, por lo que se requiere de complejos sistemas de válvulas que regulen presiones generadas por los compresores que pueden alcanzar valores de hasta 30 MPa (4400psi). Los puntos de inyección de gas pueden situarse en la misma entrada de la cavidad de moldeo, o bien separadas de esta, todos es función del diseño del molde y del tamaño de la pieza a fabricar. La inyección de gas a la cavidad de moldeo a través de la misma boquilla de entrada de material fundido, normalmente se utiliza cuando la pieza es axialmente simétrica, inclusive puede ser utilizada para el caso de moldes multi-cavidades. Cuando las piezas a fabricar no sean alargadas es preferible colocar la entrada de gas en posición diferente a la entrada de la cavidad de moldeo. En este caso, la entrada de gas puede colocarse en puntos estratégicos para obtener productos

16

con prestaciones específicas localizadas, lo que les infiere alta calidad como producto acabado. Los gases utilizados en esta tecnología suelen ser nitrógeno (N2), o anhídrido carbónico (CO2) en menor medida. Proceso Así, el gas solo puede inyectarse una vez que la masa de polímero fundido sea introducida dentro de la cavidad de moldeo, y la expansión de la misma comienza cuando la presión del nitrógeno es mayor que la presión del propio fundido. El proceso convencional de moldeo por inyección asistida con gas consta de las siguientes etapas: - Colocación de la mezcla de arena con silicio - Cierre del molde - Inyección del gas en la masa de fundido - Mantenimiento de la presión de gas durante la solidificación - Reducción de la presión del gas - Apertura del molde - Expulsión de la pieza

3. Posteriormente se añade epoxi, un aglutinante que le da la consistencia necesaria. 17

La Resina es un compuesto espeso a temperaturas frías, y se vuelve líquido con un poco de calor, es de color transparente, en tanto el Endurecedor posee un color anaranjado y es líquido. 

PROPORCIÓN DE LA MEZCLA

Estos compuestos se deben mezclar según la siguiente proporción: 2 partes de Resina 1 Parte de Endurecedor Esto puede ser medido tanto en peso como en volumen. 

HERRAMIENTAS PARA TRABAJAR

Para poder realizar la mezcla se necesitará: • Medidas (puede ser desde vasitos pequeños, o bien una pesa.) • Recipiente para mezclar de plástico. • Palitos de helado para mezclar



18

USANDO LA RESINA

El material donde se aplicará la resina puede ser de madera, papel fotográfico metal, etc., el cual debe estar libre de polvo, grasa o algún otro elemento que perjudique una buena terminación. PASO 1: Se mezcla la Resina con el Endurecedor según las proporciones indicadas anteriormente en un recipiente, primero la se vierte la Resina y luego el Endurecedor se mezcla con un palito de helado o paleta de madera hasta que se vea homogéneo. PASO 2: Esta mezcla se vierte sobre la superficie que se quiera encapsular, que tenga un borde que impide la resina se salga. 

19

TIEMPO DE TRABAJO Y ENDURECIMIENTO

El tiempo de trabajo que brinda la resina a temperaturas de alrededor de

20ºC

es

de

aproximadamente, comience

a

su

15

minutos

antes

que

endurecimiento

paulatino, el endurecimiento total se logrará a lo menos en 12 horas. Este tiempo aumentará o disminuirá según la temperatura que se encuentre en el lugar de trabajo, a más temperatura menor es el tiempo de endurecimiento y viceversa, se recomienda un lugar de trabajo con una temperatura de entre 20 ºC a 25 ºC para tener un tiempo de trabajo razonable. CONSEJOS • A temperatura ambiente y mayor aún con bajas temperatura, la Resina tiende a espesarse, por lo que es recomendable poner el frasco tapado en el microondas por 15 segundos aproximadamente, eso si hay que tener la precauciona de NO trabajarla caliente, ya que este calor ayudará a que el proceso de endurecimiento sea más rápido y no alcanzará a trabajar antes que la resina se endurezca.

• Una vez realizada la mezcla no puede ser guardada ya que se endurecerá y no hay forma de revertir esta situación, por lo que se recomienda solo preparar la cantidad que sabe que utilizará.

20

• Al mezclar la Resina con el Endurecedor probablemente se generen burbujas, para esto se recomienda, con la ayuda de un soplete manual pasar la llamar de este sobre el trabajo rápidamente, solo unas pasadas, para reventar las burbujas y dar una mejor terminación del trabajo. Este proceso se debe realizar en un recinto bien ventilado, lejos de productos inflamables o combustibles de fácil encendido. Su resistencia a la tracción, en menos de un día, supera a la del hormigón en un 250% y el material tiene una vida útil de 50 años. Esto hace que la necesidad de elementos constructivos de refuerzo sea menor, disminuyendo o eliminando la necesidad de acero para levantar los edificios. Los moldes se pueden adaptar a la forma de cualquier elemento constructivo, lo que le da gran versatilidad. El ladrillo contiene CO2 lo hace un poco peligroso para las personas que habitaran en las casas y al tener un recubrimiento de epoxi, existe la posibilidad de que provoquen un incendio ya que esta sustancia es flamable.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

ACTIVIDADES

MESES (SEMANAS) NOVIEMBRE

21

DICIEMBRE

ENERO

Conseguir el equipo de trabajo Comprar la arena y el material para los moldes Determinar el tamaño de los las ladrillos Realizar los moldes Calcular la cantidad de arena que se utilizara en los moldes. Realizar ladrillos con diferentes niveles de dióxido de carbono Inspeccionar la cantidad de CO2 que absorbe cada ladrillo Realizar pruebas de resistencia. Realizar pruebas para determinar posibles riesgos como nivel de toxicidad y si es flamable. El tiempo estimado aproximadamente para la realización solamente de las pruebas experimentales para determinar las características del ladrillo que se desean obtener es en 3 meses.

PRESUPUESTO Todos los materiales y equipo mencionados anteriormente se van a comprar por tal motivo se investigaron los diferentes precios en el mercado y es el siguiente: Resina epoxi con catalizador 250ml…………$260 Resina Epoxi 1 kg + 200g Catalizador………..$331.96 22

Arena con alto contenido de silicio 10kg……. $99 La hidroponía Regulador Sistema de inyección de CO2 Grow sala de control de flujo del medidor………………………………. $559.55 Moldes herméticos (elaborado con espuma flora)...$80 Contenedor para la realización de la mezcla………. $200 Guantes, bata, cubre boca, gafas y botas……………. $1500

El total es de $3030.51 El presupuesto calculado para la elaboración del proyecto es un poco elevado ya que lo calculado solo sería solamente para la realización de pruebas para el ladrillo así que llevar a cabo el proyecto el presupuesto será más costoso. No contamos con el suficiente recurso para poder llevarlo a cabo por tal motivo se pensó en pedir apoyo a instituciones encargadas de financiar proyectos para poder cubrir todos los gastos que requiere El lugar donde se llevara a cabo el proyecto será en las instalaciones del instituto tecnológico de pinotepa específicamente en el laboratorio de química. Para el recurso humano que se necesitara para el proyecto serán las dos personas encargadas del proyecto y un especialista en química en este caso se le pedirá asesoría a un profesor de la institución para ayudar a determinar ciertas características que son de suma importancia en el proyecto

BIBLIOGAFIA

http://www.lenntech.es/dioxido-de-carbono.htm https://www.ecured.cu/Di%C3%B3xido_de_carbono#Usos 23

http://www.medioambiente.org/2011/09/un-ladrillo-que-secuestra-carbono-yes.html http://plasticenter.cl/Uploads/FichasTecnicas/19_Uso%20resina%20Epoxica %20Artesania.pdf http://listado.mercadolibre.com.mx/ http://www.renovablesverdes.com/ladrillos-que-capturan-co2/

24