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segundo trimestre Caminemos juntos para construir iglesia y sociedad Celebración: 150 años de fundación instituto FMA Tiempo Mayo – Agosto Lema: Caminemos juntos con maría, ¡para construir iglesia y sociedad! Temas
- Materiales, Concepto y Clasificación ● Madera ● Aglomerado ● COLTAN ● Grafeno ● Fibra de vidrio ● Resistencia de materiales
Madera LA MADERA La madera es un material ortótropo encontrado como principal contenido del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen cada año y que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina. Las plantas que no producen madera son conocidas como herbáceas.Una vez cortada y secada, la madera se utiliza para muchas aplicaciones. USOS: Fabricación de pulpa o pasta, materia prima para hacer papel. Alimentar el fuego se denomina leña y es una de las formas más simples deBiomasa. Ingeniería Medicinal Estructura de la madera Corteza externa : es la capa más externa del árbol. Está formada por células muertas del mismo árbol. Esta capa sirve de protección contra los agentes atmosféricos. Cámbium : es la capa que sigue a la corteza y da origen a otras dos capas: la capa interior o capa de xilema , que forma la madera, y una capa exterior o capa de floema , que forma parte de la corteza. Albura : es la madera de más reciente formación y por ella viajan la mayoría de los compuestos de la savia. Las células transportan la savia, que es una sustancia azucarada con la que algunos insectos se pueden alimentar. Es una capa más blanca porque por ahí viaja más savia que por el resto de la madera. Duramen (o corazón): es la madera dura y consistente. Está formada por células fisiológicamente inactivas y se encuentra en el centro del árbol. Es más oscura que la albura y la savia ya no fluye por ella. Médula vegetal :es la zona central del tronco, que posee escasa resistencia, por lo que, generalmente no se utiliza. Composición de la madera En composición media se compone de un 50% de carbono (C), un 42% de oxígeno (O), un 6% de hidrógeno (H) y el 2% restante de nitrógeno (N) y otros elementos. Los componentes principales de la madera son la celulosa, un polisacárido que constituye alrededor de la mitad del material total, la lignina (aproximadamente un 25%), que es un polímero resultante de la unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos y que proporciona dureza y
protección, y la hemicelulosa (alrededor de un 25%) cuya función es actuar como unión de las fibras. Existen otros componentes minoritarios como resinas, ceras, grasas y otras sustancias. C E L U L O S A Es un polisacárido estructural formado por glucosa que forma parte de la pared de las células vegetales. Su fórmula empírica es (C 6 H 10 O 5 )n, con el valor mínimo de n = 200. Sus funciones son las de servir de aguante a la planta y la de darle una protección vegetal. Es muy resistente a los agentes químicos, insoluble en casi todos los disolventes y además inalterable al aire seco, su temperatura de astillado a presión de un bar son aproximadamente unos 232,2 °C. Enlaces de hidrógeno entre cadenas contiguas de celulosa. La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. La pared de una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40% de celulosa; la madera un 50 %, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es el algodón con un porcentaje mayor al 90%. A pesar de que está formada por glucosas, los animales no pueden utilizar la celulosa como fuente de energía, ya que no cuentan con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4- glucosídicos; sin embargo, es importante incluirla en la dieta humana (fibra dietética) porque al mezclarse con las heces, facilita la digestión y defecación, así como previene los malos gases. En el intestino de los rumiantes, de otros herbívoros y de termitas, existen microorganismos, muchos metanógenos, que poseen una enzima llamada celulasa que rompe el enlace β-1,4- glucosídico y al hidrolizarse la molécula de celulosa quedan disponibles las glucosas como fuente de energía. Hay microorganismos (bacterias y hongos) que viven libres y también son capaces de hidrolizar la celulosa. Tienen una gran importancia ecológica, pues reciclan materiales celulósicos como papel, cartón y madera. De entre ellos, es de destacar el hongo Trichoderma reesei , capaz de producir cuatro tipos de celulasas: las 1,4-β-D-glucancelobiohirolasas CBH i y CBH II y las endo-1,4-β-D- glucanasa EG I y EG II. Mediante técnicas biotecnológicas se producen esas enzimas que pueden usarse en el reciclado de papel, disminuyendo el coste económico y la contaminación. Proceso de obtención de celulosa Proceso de Kraft Se trata con solución de sulfuro sódico e hidróxido sódico en relación 1:3 durante 2-6 h a temperaturas de 160 -170 °C. Después, en ebullición, se añade sulfato sódico que posteriormente pasa a sulfuro sódico y se elimina. Método de la sosa Se usa hidróxido sódico para digerir el material. Método del sulfito Se digiere con solución de bisulfito cálcico con dióxido de azufre libre, y las ligninas se transforman en lignosulfonatos solubles. En medio de esto se hace uno de los tres casos en la madera. Esta llega y es descortezada y chipeada, y echada a la caldera de acopio y de allí a una clasificación de lavado donde se selecciona y blanquea, más tarde se seca y embala. Los sobrantes van a silos que después se usarán para dar energía. L I G N I N A Artículo principal: Lignina. Dureza de la madera Según su dureza, la madera se clasifica en: Maderas duras : son aquellas que proceden de árboles de un crecimiento lento, por lo que son más densas y soportan mejor las inclemencias del tiempo que las blandas. Estas maderas proceden, por lo general, de árboles de hoja caduca, pero también pueden ser de hoja perenne, que tardan décadas, e incluso siglos, en alcanzar el grado de madurez suficiente para ser cortadas y poder ser empleadas en la elaboración de muebles o vigas de
secando. Este sistema tarda mucho tiempo y eso no es rentable al del aserradero que demanda tiempos de secados más cortos. Secado artificial: se dividen en los siguientes: Secado por inmersión: en este proceso se mete al tronco o el madero en una piscina, y debido al empuje del agua por uno de los lados del madero, la savia sale empujada por el lado opuesto, consiguiendo eliminar la savia interior, evitando que el tronco se pudra. Esto priva a la madera de algo de dureza y consistencia, pero lo compensa en longevidad. El proceso dura varios meses, tras los cuales, la madera secará más deprisa debido a la ausencia de savia. Secado al vacío: en este proceso la madera es introducida en unas máquinas de vacío. Es el más seguro y permite conciliar tiempos extremadamente breves de secado con además: Bajas temperaturas de la madera en secado. Limitados gradientes de humedad entre el exterior y la superficie. La eliminación del riesgo de fisuras, hundimiento o alteración del color. Fácil utilización. Mantenimiento reducido de la instalación. Secado por vaporización: se meten los maderos en una nave cerrada a cierta altura del suelo por la que corre una nube de vapor de 80 a 100 °C; con este proceso, se consigue que la madera pierda un 25% de su peso en agua, a continuación, se hace circular por la madera, una corriente de vapor de aceite de alquitrán, impermeabilizándola y favoreciendo su conservación. Es costoso pero eficaz. Secado mixto: en este proceso se juntan el natural y el artificial: se empieza con un secado natural que elimina la humedad en un 20-25% para proseguir con el secado artificial hasta llegar al punto de secado o de eliminación de humedad deseado. Secado por bomba de calor: este proceso es otra aplicación del sistema de secado por vaporización, con la a aplicación de la tecnología de «bomba de calor» al secado de la madera permite la utilización de un circuito cerrado de aire en el proceso, ya que al aprovecharse la posibilidad de condensación de agua por parte de la bomba de calor, de manera que no es necesaria la entrada de aire exterior para mantener la humedad relativa de la cámara de la nave ya que si no habría desfases de temperatura, humedad. El circuito será el siguiente: el aire que ha pasado a través de la madera -frío y cargado de humedad- se hace pasar a través de una batería evaporadora -foco frío- por la que pasa el refrigerante (freón R-134a) en estado líquido a baja presión. El aire se enfría hasta que llegue al punto de roció y se condensa el agua que se ha separado de la madera. El calor cedido por el agua al pasar de estado vapor a estado líquido es recogido por el freón, que pasa a vapor a baja a presión. Este freón en estado gaseoso se hace pasar a través de un compresor, de manera que disponemos de freón en estado gaseoso y alta presión, y por lo tanto alta temperatura, que se aprovecha para calentar el mismo aire de secado y cerrar el ciclo. De esta manera disponemos de aire caliente y seco, que se vuelve a hacer pasar a través de la madera que está en el interior de la nave cerrada. La gran importancia de este ciclo se debe a que al no hacer que entren grandes cantidades de aire exterior, no se rompa el equilibrio logrado por la madera, y no se producen tensiones, de manera que se logra un secado de alta calidad logrando como producto una madera maciza de alta calidad. AGLOMERADO El aglomerado de madera es un material que se vende en tableros y está compuesto por partículas de madera de diferentes tamaños , unidas entre sí por algún tipo de resina, cola u otro material y posteriormente prensada a temperatura y presión controlada formando el tablero. El origen de las partículas madera y de los materiales de unión varía y de ahí que sea más o menos ecológico.
Los aglomerados son las maderas más baratas por que están hechas con virutas de restos de cortar otras maderas naturales o restos sobrantes de maderas de los aserraderos. Se llama aglomerado por que está construido con agregación o aglomeración (o unión) de varias partículas, en este caso virutas de madera. Aquí vemos diferentes tamaños de tableros de aglomerados. Se distinguen muy bien por las virutas de las que están formadas las planchas del tablero. Su textura es irregular y porosa, por lo que regularmente los tableros no se compran "desnudos" sino que se les aplica finas láminas de chapa de madera o laminado plástico pegadas sobre su superficie para darles un buen terminado y que no se vean las virutas de madera. Estas chapas puede incluso imitar a la madera natural como el roble, castaño, etc. Los tableros de aglomerado se utilizan a menudo en aplicaciones interiores (como puertas, mesas, etc.) y muebles ya que este tipo de madera es más barata que la madera natural.
vapor, los agentes químicos, la erosión y el rayado. Otro tipo de aglomerado es el Aglomerado Chapado es un aglomerado de tres capas al que se le ha pegado en sus caras chapa de madera natural. Es de los más caros por usar para recubrirlo madera natural, aunque al no verse el aglomerado parece madera natural por fuera. Aquí tienes los 3 tipos:
En cuanto a que sea un material ecológico o no, como en casi todos los materiales, depende de su origen y del proceso utilizado. Muebles de Aglomerado Veamos un video muy interesante en el que se ve la historia, el proceso de fabricación del aglomerado y como se fabrican los muebles con este tipo de maderas.
COLTAN Seguramente habrás oído hablar del coltan y de la guerra del coltan. Vamos a explicar qué es el coltan, las propiedades que lo hacen tan valioso, su precio, donde se encuentra, los usos que tiene sobre todo en electrónica y sobre la famosa guerra del coltan. Hoy en día al coltán también se le conoce ‘oro azul’, ‘nuevo mana’ o ‘petróleo de barro’, veamos porqué. ¿Qué es Coltán? Realmente o químicamente el coltán no es ningún mineral, sino un término, alias o abreviatura comercial usada originalmente en África, para nombrar una serie de minerales que, en alta concentración, tienen los elementos tantalio (Ta) y niobio (Nb).
En este procesamiento hay que eliminar el hierro, el manganeso y otras impurezas de la tantalita para quedarnos con el óxido de tantalio. El tantalio, que es sólido en su forma natural, tiene una elevada dureza, es dúctil , muy resistente a la corrosión y es muy buen conductor de la electricidad ( superconductor ). Es un metal de los llamados refractarios , ya que tiene un alto punto de ebullición y fisión, o lo que es lo mismo, soporta unas temperaturas muy elevadas , por lo que es muy resistentes al calor (el doble que el hierro). El niobio tiene propiedades parecidas. Con todas estas propiedades ya te darás cuenta que podría tener muchas aplicaciones, pero la clave no está en ninguna de estas propiedades, la clave está en que el tantalio metálico en combinación con óxido de tantalio, tiene la excelente propiedad de almacenar carga eléctrica temporal y liberarla cuando se necesita. Si, ¿Te has dado cuenta? Eso es lo que hacen los condensadores eléctricos. Resumiendo las propiedades del coltan son que es un mineral capaz de soportar altas temperaturas, gran capacidad para almacenar cargas eléctricas, alta resistencia a la corrosión y al desgaste y un 80% mejor conductor que el cobre. Coltan Usos La pregunta es ¿Para Qué Sirve el Coltan?. Bueno más bien el tantalio extraído del coltan es lo que tiene una gran utilidad, aunque también el niobio como veremos más adelante. Como explicamos anteriormente el tantalio se utiliza para hacer condensadores, pero claro, también hay otros minerales que podrían servir para construir condensadores, como por ejemplo los más habituales hasta ahora que eran de aluminio. ¿Cual es la diferencia? La diferencia es que con los condensadores de tantalio podemos conseguir una mayor capacidad (cualidad de almacenar carga eléctrica de un condensador) y además con un menor tamaño y mucho más delgados. Como hoy en día los aparatos electrónicos, tales como los teléfonos móviles, lo que interesa es que sean lo más pequeños posibles, los condensadores que llevan en su interior, que son bastantes, serán todos fabricados con tantalio procedente del coltan. Pero no solo interesa la miniaturización en los teléfonos móviles, sino en casi todos los aparatos como elementos de informática, consolas de video juegos, iPods, microprocesadores, satélites, GPS, cámaras digitales, relojes, rectificadores de circuitos de bajo voltaje, etc.
Todos estos aparatos también suelen llevar en su interior condensadores de tantalio. Para que te hagas una idea, un teléfono móvil que ahora pesa unos 100 gramos, si no fuera por los condensadores de tantalio pesaría aproximadamente 1 Kilogramo, entre 10 y 20 veces más. Además, el tantalio al ser ultra refractario y tener alta resistencia a la corrosión y a la alteración en general, es utilizado para aleaciones empleadas en turbinas de aeronaves y reactores nucleares y, por su superconductividad, en trenes magnéticos. También se fabrican con él, matrices para extrusión, moldes para fundición, punzones para perforar, tazas y recipientes refractarios, equipo para electroplateado y herramientas de corte, como carburo de tantalio de altísima dureza. Por su parte, el niobio tiene menos aplicaciones electrónicas que el tantalio y su mayor uso es en forma de Ferro- Niobio como aleante para aceros, y como carburo de niobio en aceros para herramientas de mecanizado de alta velocidad. Debido a las excelentes propiedades que tienen tanto el tantalio como el niobio, podríamos resumir diciendo que se utilizan en la fabricación de componentes de alta tecnología y en aleaciones metalúrgicas supe resistentes. ¿Dónde Hay Coltán? El coltan se extrae en diversas partes del mundo, siendo Australia el principal productor mundial, también lo explotan Brasil, Nigeria, China, Tailandia y los países escandinavos (donde se descubrió originalmente) Investigaciones recientes calculan que la mayor parte de las reservas globales potenciales de tantalita se sitúan en África, y de ellas, el 80 % se encuentran en el territorio de la República Democrática del Congo. Es por eso que en los últimos años, todas las grandes multinacionales como Intel, Sony, Siemens, Ericsson, Nokia, Hitachi y muchas otras compran el coltán en el Congo.
Aunque ahora el País ya no está en guerra, el coltan sigue siendo un elemento estratégico fundamental para la zona y con un gran valor económico, por lo que continúa la explotación ilegal de muchas minas y la situación no ha mejorado demasiado. Ahora, después de la guerra, empresarios y jefes militares bien posicionados políticamente, atesoran licencias de explotación y se apoyan en milicias privadas, antiguos combatientes, para hacer valer sus derechos. Estas milicias son las encargadas de controlar las minas. Mientras las milicias se benefician, algunas multinacionales se enriquecen. La venta legal y normalizada de estas reservas congoleñas de coltan suponen solo el 1% del mercado ‘legal’. Esto significa que gran parte del resto sale del Congo de manera incontrolada por las mafias y conexiones internacionales ocultas. Mientras el Congo sigue figurando como una de las naciones más pobres del mundo —ocupa el puesto 155 en un ranking de 173 países realizado por la ONU—, en torno a los yacimientos existe un complejo entramado empresarial convenientemente diseñado para el reparto del botín. Principalmente en las minas de Katanga y los Kivus, por menos de un dólar al día, casi desnudos y a menudo malnutridos, menores alimentan el mercado mundial de coltán y otros minerales. Cada día bajan a las minas los mineros forzados, muchos niños, sin instrucción, sin casco, sin plan de trabajo, equipados con instrumentos de siglos pasados y sin ninguna medida de protección, para encontrar el tesoro. Sus manos extraen los minerales, normalmente mezclados con otros minerales radioactivos y que son altamente cancerígenos. Pero aún así, la mina se convierte para muchos en la única forma de vida, y la necesidad y el hambre generan nuevos mineros. Con todo este panorama, el Centro de Estudio Internacional del Tántalo-Niobio, en Bélgica, ha recomendado a los compradores internacionales que eviten el coltan de la región del Congo por motivos éticos. El 29 de noviembre de 2010 el Consejo de Seguridad aprobó la resolución 1952 que insta a sus
miembros a exigir que se certifique el origen del coltán que adquieran, como lo hace la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE). El Congreso de Estados Unidos aprobó una ley al respecto y tiene otra en camino. Esto ha generado que el suministro de tantalio proveniente de “países no conflictivos” sea escaso y la demanda en Occidente es tan fuerte que no pueda ser satisfecha. Pero... ¿Hay Alternativas al Coltan? Además de todos estos problemas hay que sumarle que en el Congo se ha erradicado el 90% de la población de gorilas de la zona, y se ha mermado gravemente la población de elefantes a consecuencia de la caza indiscriminada y la deforestación de sus hábitats naturales para obtener este preciado mineral. Parece que la única solución a todo esto sea la Reutilización de nuestros aparatos electrónicos, mediante el aprovechamiento de las partes de todos los componentes electrónicos que ya no usamos y la gran esperanza que hay con el llamado polímero de aluminio. Es una alternativa más fiable y con mejores características que el tantalio. Los condensadores de polímero de aluminio son más caros, pero lo que puedes hacer con cuatro condensadores de tántalo lo haces con uno solo de polímero. Para acabar os dejamos un buen documental en el Congo y las minas de Coltan.
¿Qué es el grafeno? Antes de preguntarnos cuáles son sus principales ventajas o cuáles son las aplicaciones o las aportaciones del grafeno a nuestro día a día, conviene repasar qué es. Es un nanomaterial (un material con dimensiones inferiores a una millonésima de milímetro) que está compuesto por una agrupación de átomos de carbono que están colocados con una configuración hexagonal. Similar a la que tendría un panal de abejas. Es una capa de carbono que tiene sólo un átomo de espesor y se trata de un material con un grosor muy pequeño, considerado como bidimensional. Es decir, que ocupa sólo dos dimensiones en el espacio. En cada milímetro de grafito, como el que usas habitualmente en lápices escolares , hay tres millones de capas de grafeno. Tres millones de capas de un material con grandes propiedades y características que hacen que sea muy útil y con muchas aplicaciones en el día a día: es superconductor, es duro, es ligero, es resistente
El grafeno es un mineral que necesita para conservar todas sus propiedades, ha de ser de la mayor calidad posible, porque cuanto peor sea menos aprovechable será. Con el método tradicional de deshojar el grafito con cinta adhesiva, se obtiene el grafeno de mejor calidad, pero el proceso es lento y la productividad mínima, por lo que resulta insuficiente para la demanda que hay hoy en día. El problema es que, hasta ahora, otro tipo de métodos para conseguir una mayor cantidad de este mineral, no han resultado efectivas ya que la calidad del mismo es realmente baja. En la actualidad tenemos grafeno de dos formas. Grafeno en lámina : que es el de alta calidad, muy empleado en electrónica e informática, puesto que en estos dos sectores se requiere de un material altamente resistente. Grafeno en polvo : es de mucha menos calidad, el proceso de obtención es mucho más barato y hay mucha más producción. Actualmente hay proyectos por todo el mundo, con científicos a la cabeza, tratando de solucionar la ecuación para conseguir este mineral con todas sus cualidades intactas, pero con un nivel de extracción que permita abastecer con suficiencia a la industria, lo que provocaría una bajada de precios que no tardaríamos incluso los usuarios. Pero desgraciadamente aún no se ha conseguido. Características y propiedades Hay muchas características que hacen que este sea un nanomaterial recomendable para todo tipo de usos y aplicaciones : Es duro, con una dureza superior a la del diamante Es resistente, cientos de veces más que el acero Es muy ligero y un metro cuadrado pesa menos de un gramo. Es decir, el grafeno tiene un peso 200 veces menor que lo que pesa el acero Es flexible , puede flexionarse sin sufrir daños Es bidimensional. Es decir, cada capa es de un átomo de espesor. Es un material 100. más delgado que un pelo. Es buen conductor térmico Es buen conductor eléctrico Es un material antibacteriano
Es transparente a la luz Es más resistente al calor: se calienta menos que otros Es repelente al agua y a la corrosión, es hidrófugo Es capaz de reaccionar químicamente , formando compuestos nuevos Es capaz de soportar la radiación ionizante, ideal para medicina Es abundante, como hemos explicado en párrafos anteriores Aplicaciones Todas las características y ventajas anteriores hacen que el grafeno sea un elemento recomendable para muchos usos diferentes, desde la medicina hasta usos tecnológicos como mejores baterías, robótica o chips. Baterías Uno de los principales campos donde más vamos a disfrutar del uso del grafeno es en las baterías ya que nos permitirá tener hasta diez veces más capacidad pero también tener la batería lista y cargada en mucho menos tiempo. Aun así, parece un mito que nunca termina de llegar aunque llevamos años escuchando hablar de ellas… Ya hay compañías y empresas que están trabajando en baterías externas e internas de grafeno que se espera que lleguen aunque por el momento ningún fabricante ha conseguido dar el paso en el interior de teléfonos móviles aunque sí en alguna powerbank. ¿Por qué no han llegado aún? Por ahora las baterías de litio cumplen su función y cada vez los teléfonos móviles nos aportan mejor autonomía y cargas más rápidas… Puede que en unos años esto resulte insuficiente y haya que recurrir al grafeno pero, por el momento, usar baterías de grafeno en móviles supondría una inversión en recurso s y un coste más elevado que repercutiría en el precio final aunque sí hay empresas que ya trabajan en ello.
Algunos drones ya utilizan baterías de grafeno que permite que sean más ligeras y más duraderas. Reduce el tiempo de carga y se espera que sea “el futuro” de los drones para que no tengan tantas limitaciones como actualmente. Los problemas son los mismos que en el caso de los teléfonos móviles: los precios de las baterías son muy superiores a las de litio y aún son escasas así que hace falta aún más desarrollo para que estén a la misma altura y puedan usarse unas y otras indistintamente. Pantallas flexibles
Otro de los usos más esperados del grafeno es el de las pantallas flexibles. El grafeno es totalmente transparente y también tiene capacidades flexibles por lo que es una excelente opción en caso de paneles plegables para móviles. Auriculares y audífonos Más allá de en los discos duros, también lo vemos en auriculares de calidad que han lanzado algunas marcas (como Xiaomi, por ejemplo) que incluyen pequeños componentes de este material en su interior: desde la Universidad de Exeter ya se tratan con grafeno para limitar la vibración y conseguir un sonido más nítido y un dispositivo más resistente en auriculares. Esta aplicación sería también ideal
