Bioconcreto. Uso de bacterias para la reparación de fisuras y grietas

Autora: Rosa Goncalves

Hendrix Marius Jonkers, microbiólogo perteneciente a la Universidad Técnica de Delft (TU Delft) de los países bajos, fue postulado en el año 2015 a los Premios Europeos del Inventor del año, por haber desarrollado una increíble innovación en el campo del concreto.

Logró que este material reparara lesiones como fisuras y grietas sin la intervención del hombre, una vez culminado el proceso de construcción inicial.

Si las edificaciones empiezan a presentar fisuras y grietas de hasta 8 mm de espesor incluso cuarenta años después de construidas, estas edificaciones erigidas con tal innovación serían capaces de auto repararse, sellando “mágicamente” las fisuras.

Pero el término mágico no es lo suficientemente fuerte ni científico para convencernos de que esto sea posible, por lo que les explicamos en que consisten los famosos bioconcretos que también hemos escuchado nombrar como concreto u hormigón auto reparable.

Grietas: Una patología frecuente en las estructuras. Fuente: Pixabay

Jonkers conocía la capacidad de ciertas bacterias llamadas Bacillus Pseudofirmus, para excretar un material que es muy similar a la piedra caliza, la cual sabemos que es un componente volumétrico muy importante en el concreto.

Otra característica de esta cepa de bacterias es que pueden permanecer inactivas o “dormidas” alrededor de 50 años, por lo que decidió junto con otros colegas y especialistas de otras áreas encontrar la manera de utilizar estas características para optimizar algún material.

Los investigadores idearon combinar las bacterias con una de sus principales fuentes de alimento, el lactato de calcio, en unas burbujas de plástico que se disuelven al estar en contacto permanente con el agua.

Una vez disuelta la burbuja de plástico, las bacterias se despiertan al sentir la humedad y comienzan a consumir el alimento, para luego excretar la piedra o sustancia que irá rellenando los agujeros.

Bacteria Bacillus Pseudofirmus, repara el hormigón. Fuente: Pixabay

Se estima que una grieta de alrededor de 5mm de ancho se eliminaría en un lapso de dos semanas, lo que es realmente asombroso. Este comportamiento copia a la autoreparación que hacen muchos elementos de la naturaleza, como muchos tipos de conchas marinas. De masificarse este invento, tendría enormes beneficios en el campo ecológico , económico y tecnológico.

Aun cuando, el uso de esta tecnología incrementa en un 40 % el costo del concreto en la etapa naciente, la disminución de los procesos de mantenimiento por diversas patologías que afectan a las estructuras no sólo en su parte estructural, sino en los revestimientos, nos hace considerar que este es un incremento que debe ser bienvenido por estar bien justificado.

Se estima discretamente que la vida de las estructuras se incrementarán en un 30% en cuanto a su vida natural o útil, y que esta tecnología puede ser utilizada en grandes proyectos como túneles, pilares, puentes, entre otros.

Aún no se utiliza este producto a gran escala, pero ya está comercializándose en Europa un spray con esta tecnología que sella fisuras y grietas de hasta 3 mm de espesor. El producto ha tenido gran receptividad y no ha presentado hasta el momento ningún efecto adverso.

Muchas conchas marinas se “auto reparan”, fueron inspiración para esta innovación. Fuente: Pixabay

Es una fase de prueba que ha sido sumamente positiva en los resultados que ha arrojado, por lo que no es irracional pensar que en menos de una década sea utilizada no como una innovación, sino como una práctica normal.

El concreto una vez más nos sorprende por su versatilidad y capacidad de asociarse con aditivos y sustancias que mejoran sus características dependiendo de la demanda que se tenga.

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Enlaces relacionados:

Bioconcreto, el concreto que se repara a sí mismo. Enlace: https://noticias.arq.com.mx/Detalles/20001.html#.Xueu79RKi1t

El revolucionario Bio-concreto, el material que se repara a sí mismo. Enlace: https://www.bbc.com/mundo/noticias-37199563

Nuestro hormigón aumenta un 30% la vida de los edificios. Enlace: http://www.infocorrosion.com/index.php/noticia/mercados-y-companias/item/410-nuestro-hormigon-aumenta-un-30-la-vida-de-los-edificios

Bioconcreto: El hormigón que se autorepara. Enlace: https://www.eloficial.ec/bioconcreto-el-hormigon-que-se-auto-repara/

Refrigeración por Adsorción. ¡Neveras que no necesitan electricidad!

Mary Luz Lugo

Existen zonas rurales que no cuentan con servicio eléctrico o que, a pesar de tener electricidad, no cuentan con un sistema de refrigeración para la conservación de alimentos como una nevera, por ejemplo. En estas circunstancias uno de los métodos empleados, para la preservación de alimentos, es el salado o la salazón. En este proceso se adiciona gran cantidad de sal al alimento. La sal absorbe el agua de la carne deshidratándola y, sin agua los microorganismos no pueden vivir.

Existen zonas rurales que carecen de servicio eléctrico y necesitan sistemas de refrigeración alternativos. Fuente Pixabay

Sin embargo, no siempre el sistema de salado es propicio para todos los alimentos. Uno de los métodos más conveniente y eficientemente usado es la refrigeración. Sabemos que, el término refrigeración se refiere a la disminución de la temperatura ambiente en un sistema, evidenciándose extracción de calor en el mismo. Pero, la mayoría de los dispositivos de refrigeración funcionan con corriente eléctrica y volvemos a pensar en las zonas rurales.

¡Sería interesante tener sistemas de refrigeración como neveras, cavas o frigoríficos que funcionen sin tener que estar enchufados a una toma de corriente eléctrica!

La mayoría de los sistemas de refrigeración modernos, consisten en un sistema cerrado en el cual una sustancia refrigerante se encuentra conectada a un compresor, tomando calor del sistema, propiciando así un ciclo térmico capaz de disminuir la temperatura de su entorno.

Los sistemas de refrigeración comunes usan motores de compresión mecánica. Fuente Pixabay

Existen diferentes tipos de sistemas de refrigeración:

• Sistemas de compresión mecánica, los cuales se dividen en: sistemas que utilizan bombas de calor y que operan con un refrigerante, sistemas de compresión de gas y sistemas de compresión de vapor.
• Sistema de refrigeración de un ciclo de Carnot que opera con bomba de calor. Consiste en un ciclo de absorción en donde se transfiere calor a un sistema frío, utilizando como principio la primera ley de la termodinámica.
• Sistema de refrigeración cuyo ciclo de Carnot inverso (sentido contrario a las manecillas del reloj) que opera con gas.  En este proceso la temperatura de la sustancia refrigerante desciende gracias a una expansión isentrópica, y con una segunda adición de calor se provoca una expansión isotérmica, lo que permite conservar la baja temperatura del refrigerante.
• Refrigeración por adsorción. En la adsorción los átomos, iones o moléculas se fijan a un material, donde la sustancia adsorbida se almacena sobre una determinada superficie. En este proceso un sólido poroso es capaz de retener partículas de gas. La cantidad adsorbida depende de la naturaleza y del tratamiento previo de la superficie del adsorbente, así como de la naturaleza de la sustancia adsorbida. Estos procesos son generalmente exotérmicos.

Para que exista un sistema de refrigeración por adsorción debe ocurrir muchas veces y de forma continua un proceso de adsorción y desorción. Este ciclo es el que produce el efecto de enfriamiento en un sistema.

¿Qué es la adsorción y la desorción?

La adsorción (con “d”) es el proceso de fijación o interacción de un gas sobre la superficie de un sólido. Es un proceso superficial, es decir ocurre sólo en la superficie y no en toda la masa, en cuyo caso sería absorción.

Esa interacción entre el gas y el adsorbente puede darse de dos maneras. De forma débil y genérica, llamada fisisorción o de forma suficientemente fuerte como para ser considerado un auténtico enlace químico, llamada quimisorción.

Se dice que la fisisorción es causada por fuerzas Van der Walls entre las moléculas del adsorbente y el adsorbato (el gas que se adsorbe). En cambio, la quimisorción es causada por la reacción entre el adsorbato y las moléculas de la superficie de los adsorbentes.

En la desorción ocurre el proceso contrario a la adsorción, es decir, la separación del gas del material sólido o. Este proceso sucede mediante la entrega de calor a dicho material.

Sistemas de refrigeración por adsorción

La primara máquina de refrigeración por adsorción se desarrollo entre los años 20 y 30 del siglo XX, pero rápidamente fue desplazada por los sistemas de refrigeración por compresión que usan compuestos CFC. Luego, se introdujo el uso de este sistema de refrigeración empleando silica gel como adsorbente y SO₂ como refrigerante. A pesar de haber sido usado, por algún tiempo, en vagones ferroviarios para el transporte de pescado, este sistema no pudo mantenerse en operación porque el elemento adsorbente disminuía su capacidad con el tiempo, impactando negativamente en la rentabilidad.

Luego, se introdujeron otros sistemas que utilizaban agua como medio refrigerante. Un caso interesante de mencionar es el del par adsorbente – refrigerante, zeolita – agua. Este par tenía la peculiaridad de funcionar de manera discontinua. En el día se secaba o regeneraba la zeolita aprovechando las radiaciones solares y en la noche se producía el efecto frigorífico debido a la adsorción de los vapores de agua por la zeolita.

Un aspecto fundamental de este tipo de refrigeración alternativa ha sido, sin lugar a dudas, su bajo impacto ambiental. Basado sobre todo en los problemas medioambientales derivados del uso de refrigerantes nocivos para la capa de ozono (CFC y HCFC) y que aumentan el efecto invernadero.

Adicional al aspecto ambiental, debemos mencionar los relacionados a la crisis por la subida de los precios del petróleo, al incremento del consumo de energía en el mundo y a la carencia de energía y recursos en las zonas más vulnerables o rurales. Todos estos hacen que sea urgente encontrar modos de producir energía de una forma más eficiente y, al parecer, las maquinas de refrigeración por adsorción tienen el potencial de ser una alternativa muy interesante.

Antes de concluir debemos indicar que los pocos sistemas de adsorción que existen en el mercado usan, generalmente, agua como refrigerante y silica gel como adsorbente. Estos equipos o máquinas consisten, básicamente, en dos compartimientos adsorbentes, un evaporador y un condensador.

El adsorbente en el primer compartimiento se regenera usando agua caliente de una fuente de calor externa (ejemplo un panel solar) y en el segundo compartimiento el adsorbente adsorbe el vapor de agua que llega del evaporador.

Los sistemas de refrigeración por adsorción precisan de una fuente de calor externa. Fuente Pixabay.

Por esto, los sistemas de adsorción suponen un ahorro de energía si, la fuente de calor proviene de un recurso renovable como la energía solar, la biomasa o tal vez, de la energía térmica que se recupere de un proceso industrial. Este aprovechamiento permite un ahorro de energía primaria, con lo que se reducirían las emisiones de CO₂.

Asimismo, se ha demostrado que estos sistemas de refrigeración por adsorción, tienen además un control más sencillo, no generan vibraciones y poseen costos de operación más bajos.

Debemos mencionar que, en Venezuela existen trabajos de investigación e inclusive se han desarrollado prototipos de estos prometedores sistemas. En la siguiente imagen compartimos un esquema de prototipo desarrollado por nuestro grupo de trabajo que generó interesantes resultados.

Esquema de prototipo de refrigerador por adsorción desarrollado en el IUT 
por D. Betrán y J. Melendez, 2018.

En el esquema, 1 es el espacio a refrigerar, 2 es el tanque del refrigerante, 3 es un aislante térmico, 4 es el contenedor del adsorbente y 5 es la válvula para vacío.

Esperamos que este tema haya sido de su interés y gracias por seguirnos apoyando.

Algunos enlaces relacionados:

http://www.caib.es/conselleries/industria/dgener/user/portalenergia/pla_eficiencia_energetica/climatitzacio_3.es.html

http://www.icogen-sa.com/eficiencia-energetica-3/refrigeracion-termica/la-refrigeracion-en-ciclo-de-adsorcion.html