Category Archives: Ciencia aplicada

El primer semáforo inteligente

El primer semáforo inteligente se encuentra en Valladolid, un proyecto pionero desarrollado por el Ayuntamiento de Valladolid en colaboración con la empresa Telvent y el centro tecnológico Cidaut ha instalado el primer sistema inteligente para regular el semáforo de un paso de peatones en el centro de la ciudad y optimizar el tránsito peatonal.

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El semáforo ha supuesto una inversión de unos 13.000€ y se ha ensayado durante el último mes y medio con buen resultado. En un paso de peatones por el que circulan 20.000 personas al día de media, el sistema inteligente ha reducido en un 23% las aglomeraciones de espera para cruzar y varia el tiempo verde peatonal dependiendo de las circunstancias dentro de un intervalo que va desde los 26 a los 48 segundos.

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El sistema funciona con el uso de varios equipos instalados en cuatro farolas adyacentes. Posee cuatro cámaras de detección y conteo de peatones, que es capaz de diferenciar a las personas que están esperando de las que circulan por el área de espera. Dos focos LED que entran en funcionamiento exclusivamente cuando existen peatones en horario nocturno para mejorar su visibilidad. Todo esto conectado con un módulo de control y comunicación que es el encargado de gestionar la información y modificar los cambios del semáforo según sea necesario.

 

El proyecto podría extenderse por otras partes de la ciudad y mejorar aun más la optimización, sabiendo la dirección y velocidad de la circulación de los peatones se podrían llegar a sincronizar los semáforos para llegar al próximo en verde, aunque esta parte es aun un proyecto de futuro.

Depuración de Piscinas: Del Cloro y el pH a la Cloración Salina

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En esta entrada vamos a hablar del sistema tradicional de depuración de piscinas mediante cloro y pH, de la importancia que tiene el control del pH y de los sistemas de depuración mediante cloración salina y electrolisis

Cloro y pH

El agua de una piscina necesita ser filtrada para eliminar la suciedad, pero además el agua contiene bacterias y otros microorganismos que es necesario eliminar, para ello se añade una cantidad mínima de desinfectante en forma de Cloro, que actuara bajo la forma de acido hipocloroso destruyendo las bacterias y oxidando la materia orgánica, el nivel ideal de cloro está entre 1-1,5 partículas por millón.

Aunque la calidad del agua dependerá además de otro factor: que mantenga un grado de pH o acidez correcto. Si tenemos un pH<7 tenemos un agua acida, mientras que si pH>7 tenemos un agua básica o alcalina. Para que el agua sea apta para el baño debe mantenerse siempre entre 7,2 y 7,6. Si mantenemos el pH entre estos valores además de permitirnos el baño, incrementara la acción antibacterisida del cloro.

El nivel del control tanto del cloro como del pH se puede hacer manualmente de forma fácil y cómoda mediante unos test de control. En los que añadimos unas gotas de producto químico y el agua muestra una intensidad de color diferente según el grado de Cloro y pH.

¿Por qué es tan importante controlar el pH?

El cloro en el agua de la piscina se disuelve en dos partículas: Ión Hipoclorito y ácido hipocloroso. De estas dos partículas el ácido hipocloroso, dependiendo de la temperatura del agua, es ente ochenta y trescientas veces más desinfectante que las partículas de Ión hipoclorito.

Si tenemos un pH=7 las proporciones de estas partículas son 75% ácido hipocloroso y 25% ión hipoclorito, pero el problema viene de que según aumente el valor del pH esta proporción se va decantando hacia el ión hipoclorito. Con un pH=7,5 la proporción de partículas esta al 50% y con un pH=8 la proporción pasa a ser de un 20% de ácido hipocloroso y un 80% de ión hipoclorito.

Este aumento del pH conlleva que el nivel de desinfección del cloro se ve seriamente disminuido y de que sea necesario su mantenimiento entre los valores 7,2 y 7,6 para conseguir una eficacia del cloro optima.

Alguno se podría preguntar ¿Por qué no bajar el pH a valores entre 6,8 y 7,2 y tener un nivel aun mayor de acido hipocloroso? No es aconsejable debido a las cloraminas. Las cloraminas son subproductos del cloro resultando del proceso de desinfección del cloro libre y se denomina también “cloro residual”. Este cloro residual no es ningún problema si el pH es superior a 7,2 ya que el cloro libre oxida estas cloraminas, pero si el pH pasa a estar por debajo de 7, de alcalino a acido, se forman tricloraminas que no pueden ser oxidadas y aumentan su concentración conforme aumente el cloro libre.  Las tricloraminas son las causantes de ese reconocible “olor a cloro” y pueden provocar irritación de ojos y piel.

La cloración salina

La cloración salina funciona mediante un proceso de electrolisis. Para que funcione necesitamos añadir sal común al agua (5kg por metro cúbico), una proporción entre 5 y 7 veces menor que la del mar.

El equipo clorador proporciona corriente continua a un electrodo que está compuesto por dos placas paralelas, una conectada al polo positivo y otra al negativo que realizan un proceso electrolítico (electrolisis) que disuelve la sal común que combinado con los iones del agua producen ácido hipocloroso y sosa, además de otras reacciones.

El acido hipocloroso se encarga de la desinfección como ya hemos visto antes y lentamente vuelve a ir combinándose con la sosa para cerrar el ciclo produciendo nuevamente sal, sin perder ningún producto.

Al volver a regenerarse la sal, no es necesario el aporte ni de sal, ni de cloro. Salvo en el caso de añadir agua nueva. Si es necesario añadir reductores de pH.

Los equipos de cloración salina, llevan (casi todos) integrados un sistema de medida del ph, ya que aunque en menor medida que con el cloro tradicional el nivel de pH tiende a subir y es necesario la aportación de reductores del pH que estos equipos dosifican automáticamente.

Si es necesario el dimensionado del equipo clorador para los metros cúbicos de nuestra piscina, para que la célula de electrolisis, el corazón del sistema de cloración salina, no sufra un excesivo desgaste y sea capaz de producir el cloro/hora necesarios para el mantenimiento de la piscina.

 

Opinión

El mantenimiento de las piscinas en un trabajo arduo, ya que al mínimo desliz perdemos esa transparencia que tanto gusta y fuera de lo estético, puede ser una fuente de infecciones. Si utilizamos cloro, debemos de vigilar bastante el pH, ya que la eficacia del cloro depende de él y mantenerlo en los valores idóneos de entre 7,2 y 7,6 además nos conllevan un menor gasto de cloro y por tanto un ahorro económico. Los sistemas de cloración salina necesitan una inversión inicial pero luego conllevan no solo el ahorro económico del cloro, sino la despreocupación de mantener los niveles en su estado optimo. Sobre las ventajas e inconvenientes de tener agua salada, cada uno tiene su opinión ¿Qué opináis vosotros?

Memética y arquitectura, o como las formas se replican

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La memética es una protociencia, derivado del principio darwiniano de evolución, que propone un modelo de transferencia de información cultural o de ideas.  El etólogo Richard Dawkins” en 1976 con su libro “El gen egoísta” fue el primero en acuñar el término “meme”. Dawkins sugirió la existencia de unidades culturales capaces de ser trasmitidas a través de la imitación, de un individuo a otro, o de una mente a otra, o de una generación a la siguiente. Una melodía, un eslogan, una broma o una superstición, así como una ideología política, una religión, y sobre todo para lo que nos ocupa, una forma puede ser considerado todos como memes.

Si volvemos la vista al pasado de la arquitectura, se nos presenta como un verdadero jardín de memes, desde los elementos más elementales como el dintel o el arco a los complejos ordenes clásicos y estilos arquitectónicos. Al igual que los genes su propagación ha dependido de la proximidad geográfica, o mejor, de la velocidad de comunicación entre individuos. Así el arte gótico que nació en el norte de Francia necesito cuatro siglos para extenderse por toda Europa; El Art Nouvea, también nacido en Francia, se extendió al continente europeo en tan solo unas décadas, entre los siglos XIX y XX. En la actualidad, en la era de internet las redes sociales,  la globalización ha hecho que en la actualidad, la proximidad geográfica de las fuentes sea innecesaria para la transmisión de los memes.

Ante la abundancia de elementos memeticos y su gran disponibilidad, como ocurriría en un ecosistema biológico, el exceso de variedad no permite la creación de “especies” estables la cual actué durante un tiempo  para producir una selección cultural, ni de especies locales ya que la influencia es independiente de la distancia física. Es decir, el extraordinario poder de la web, hace que el número de ideas de arquitectura sea tan grande que ninguna tiene el tiempo suficiente para desarrollarse y estructurarse en un estilo, y no tiene sentido hablar de la arquitectura española, mediterránea o asiática, ya que las influencias son globales.

Pero la principal característica del memes su “egoísmo” intrínseco: aquello que lo vuelve apetecible y le permite difundirse no depende de si es cierto o bueno, solamente que garantice una ventaja real para los individuos y para el contexto cultural en el que se necesita: su propagación depende exclusivamente de su nivel de dificultad para ser imitado y replicado.

Si nos fijamos en los cinco puntos lecorbusianos a través de la memética, de repente nos damos cuenta de que eran una perfecta “maquina a reproducir”, sin duda, mucho más eficiente  que a habitar. Aunque las reglas del juego hayan cambiado, como hemos mencionado anteriormente y algunas soluciones no puedan elevarse a estilos, los mismos memes se vuelven ampliamente exitosos, son repetidos por todo el mundo y terminan agrupados por tipos en los tablones de Pinterest de muchos arquitectos.

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La cuestión que nos planteamos llegado a este punto es: ¿Algunas formas son elegidas porque producen mejor arquitectura o porque tienen cualidades que las hacen más fáciles de copiar y, en definitiva, facilita el diseñar?

Hormigón verde con carbonatación inducida

La carbonatacion natural del hormigon esta considerado como una patologia, ya que baja el pH y vuelve mas vulnerables a la corrosión a las armaduras. Sin embargo, CarbonCure induce la carbonatación del hormigón en un proceso temprano, al realizar la hidratación del cemento, sin provocar una bajada del pH y mejorando la densidad y fuerza del hormigón. Además hablamos de un hormigón verde, ya que absorve CO2 en su composición y disminuye su huella de carbono
 

El hormigón puede ser sometido a dos tipos distintos de carbonatación. La primera es un proceso natural de carbonatación por encontrarse a la intemperie, esta reacción se produce mediante una exposición prolongada en el tiempo al dióxido de carbono del ambiente.

La segunda forma, es la carbonatación inducida, que implica la utilización de dióxido de carbono en la producción del hormigón, donde estas reacciones se llevan a cabo en el hormigón fresco. La carbonatación puede tener lugar tan pronto el hormigón este mezclado y puede terminar con el curado acelerado (48 horas más tarde)

La carbonatación natural

La carbonatación natural o atmosférica se produce en el hormigón cuando los compuestos de calcio reaccionan con el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y el agua (H2O) en los poros del Hormigón. En primer lugar, el CO2 reacciona con el agua en los poros para formar ácido carbónico (H2CO3). A continuación el ácido carbónico reacciona con los compuestos de calcio contenidos dentro de los productos de hidratación que están presentes en el hormigón maduro, principalmente hidróxido de calcio (típicamente 25 – 50 % en peso de la pasta de cemento). Creando el Carbonato de calcio (CaCO3) de acuerdo con la siguiente reacción química:

Ca (OH) 2 + H2CO3 → CaCO3 + 2H2O

La carbonatación del hormigón hace que el pH caiga por debajo de 13 que puede llegar a bajar hasta 9 con el hormigón completamente carbonatado.  Los hormigones con armaduras ferrosas requieren de un pH alto (alcalino) para garantizar la estabilidad de la capa de protección pasiva de la superficie de las armaduras. La caída del pH provoca que se deteriore esa protección pasiva y las armaduras puedan ser susceptibles a la corrosión. Las armaduras al corroerse aumentan su volumen y pueden crear tensiones internas que causen agrietamiento en la superficie del hormigón.

La carbonatación natural es un proceso muy lento, principalmente aparece en condiciones de moderada humedad relativa Si la humedad relativa es demasiado baja (<40%), entonces no hay suficiente agua en los poros para el CO” pueda disolver el acido carbónico necesario para la reacción. Si la humedad relativa es demasiado alta (>90%) la red de poros está llena de agua e impide la penetración del dióxido de carbono. Cuando la humedad relativa se encuentra en un rango moderado (entre 40 y 90%) las condiciones son ideales para promover una mayor profundidad de carbonatación y por tanto una mayor absorción de CO2.

La carbonatación inducida

La carbonatación inducida o temprana se produce cuando las reacciones de carbonatación se producen junto con el proceso de hidratación del cemento a través de una exposición deliberada del hormigón fresco al CO2. La carbonatación se produce rápidamente y contribuye a generar un hormigón más denso y fuerte. La duración y el método de aplicación del dióxido de carbono varían dependiendo del proceso, pero puede ser tan corto como unos pocos segundos de exposición o tan largo como el curado acelerado inicial.

El mecanismo de la reacción de carbonatación inducida es distinto de la de la carbonatación natural. La reacción general de dióxido de carbono con el silicato tricálcico y fases silicato dicálcico en el cemento fue descrita en 1974 por Young como:

C3S + 3 CO2 + H2O → C-S-H + 3CaCO3 + 347 kJ/mol

C2S + 2 CO2 + H2O → C-S-H + 2CaCO3 + 184 KJ/mol

Estas reacciones son espontáneas y exotérmicas. Si echamos una mirada más de cerca a la reacción de carbonatación inducida en una mezcla de hormigón podemos ver nueve pasos:

1. El CO2 se expande por el aire para alcanzar el hormigón.

2. El dióxido de carbono penetra a través de la porosidad llena de aire de la masa de hormigón.

3. Solvatación de CO2 (g) CO2 (aq) en la fase líquida del hormigón fresco.

4. La hidratación del CO2 (aq) a H2CO3 (paso determinante).

5. Ionización de H2CO3 a H+, HCO3, CO32. La presencia de iones H + hace que el pH del hormigón descienda y pierda su alcalinidad. El pH se puede recuperar con la maduración del hormigón.

6. Disolución del C3S y C2S del cemento. Esto se produce rápidamente, en función del ciclo, y exotérmicamente. Los granos de cemento están cubiertos por una capa suelta de gel de hidrato de silicato de calcio que se disuelve a la liberación de los iones Ca2+y SiO44-.

7. Nucleación de CaCO3 termodinámicamente estable y la formación convencional de gel C-S –H.

8. El CaCO3 precipita en forma sólida. La calcita es el polimorfo preferido.

9. La carbonatación secundaria también se produce, reacción sostenida de dióxido de carbono y la pasta de cemento puede ver en gel C-S-H formado en un proceso paralelo y producir una hidratación de silicato de calcio empobrecido y CaCO3.

Las reacciones de carbonatación inducida pueden involucrar un pH más bajo, ya que usa el calcio que, en conjunto, de otra manera se hidrata para formar hidróxido de calcio y contribuir a pH alto. Sin embargo, la carbonatación inducida no impide el desarrollo a largo plazo de la microestructura del hormigón al madurar. Por lo tanto  el hidróxido de calcio se desarrollará durante la hidratación posterior y el desarrollo pH de la solución de los poros continúa como normal una vez que finaliza la aplicación carbonatación.

La investigaciones más recientes llevadas a cabo han demostrado que un proceso de carbonatación inducida tiene un efecto mínimo en el pH del hormigón maduro.

Aunque los efectos de la carbonatación inducida en las propiedades del hormigón están siendo estudiados por varias partes. En particular, la investigación en curso se está desarrollando un entendimiento sobre el impacto de la carbonatación inducida en retracción a la carbonatación natural durante la vida útil.

 Conclusión

La idea generalizada de que “la carbonatación es perjudicial para el hormigón” tiene sus raíces específicamente en los efectos nocivos de carbonatación natural provoca sobre los refuerzos férreos. Por el contrario, la carbonatación inducida involucra diferentes reacciones químicas que afectan a una microestructura aun inmadura y no afectan al hormigón resultante, sino que contribuye a crear un mejor hormigón y en el aspecto ambiental podemos hablar de un hormigón verde ya que disminuimos considerablemente su huella de carbono

Biomimetica: El rayado de las cebras para ahorrar en climatización

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No es la primera vez que hablamos de la arquitectura biomimetica en los que diseño y tecnología  siguen patrones de la naturaleza para ser más eficientes. En su día vimos como funcionaba el Eastgate Shopping Center de Harare, en Zimbabwe que es el primer ejemplo importante de edificio que usa un sistema de ventilación inspirado en los termiteros. Hoy vamos a hablar del rayado de las cebras y su aplicación para reducir la temperatura de las viviendas.

 

¿Por qué tienen rayas las cebras? hay varias teorías y es aun una incógnita, pero lo que si se sabe es que la superficie rayada de las cebras les sirve como un sistema eficaz de control de la temperatura. Las rayas blancas reflejan la luz y absorben menos calor, mientras que las rayas negras al contrario absorben el calor y debido a la diferencia de presión entre el aire caliente y el frió de las distintas rayas se crea unas microcorrientes superficiales que en las cebras reduce la temperatura detectada hasta en 9 ºC.

El arquitecto sueco Andres Nysquit ha utilizado este principio en el diseño de la Casa de Daiwa en Sendai, Japón. Nyquist y su equipo añadieron la interacción entre los colores blanco y negro al diseño exterior de la casa, imitando los cambios de luz y oscuridad al estilo de las cebras. La Casa Daiwai redujo la temperatura interna en verano casi  5ºC y consiguiendo un ahorro energético estimado del 20%.

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Aun no consigue la misma eficiencia que las cebras pero es tan solo el primer edificio que utiliza este principio de biomimetica y la cebra ha tenido mucho tiempo para perfeccionarlo.

Más información:

The Blue Economy: 10 Years, 100 Innovations, 100 Million Jobs

Sistema sifónico de evacuación de aguas

Vamos a a hablar del sistema sifónico de evacuación de aguas, concretamente del Sistema Geberit Pluvia, que cuenta con el DIT en vigor nº 564/10.

Funcionamiento

Aunque voy a explicar su funcionamiento desde el punto físico,  a muchos os resultara más fácil verlo con un ejemplo que todos conocemos (o al menos hemos visto en las pelis): Cuando queremos sacar gasolina del depósito de un coche introducimos un lado de la manguera en el depósito y succionamos por el otro extremo hasta que la manguera quede totalmente llena de gasolina y luego solo cono bajar ese extremo a un punto por debajo del extremo que está en el depósito se crea una corriente hacia nuestro extremo. Pues con este efecto trabaja el sistema Geberit Pluvia

Expliquemos su funcionamiento

El funcionamiento se basa a lo que en Física se conoce como sifón: un tubo lleno de líquido, con forma de “U” invertida en el cual sus dos ramas son desiguales y por lo que se produce una corriente de una rama otra debido a la diferencia del peso del líquido que ocupa ambas ramas.

Como vemos en la imagen la presión en el punto A será la atmosférica menos la que genera el ramal de agua “a” y la presión en B será la atmosférica menos su columna liquida en el ramal “b” y siempre que la distancia “a” sea menor que “b” se dará que la presión en A será mayor que en B.

Si se provoca una depresión inicial en el tubo y el extremo A esta introducido en un recipiente con liquido entonces se producirá una succión que llevara el agua desde A hasta B (de mayor a menor presión atmosférica), continuando dicho efecto de succión hasta que por el extremo A del ramal se introduzca aire.

Caracteristicas

En contraste con los sistemas convencionales de evacuación de aguas pluviales, el sistema sifónico Geberit Pluvia funciona a tubo lleno. Como consecuencia, se genera una presión negativa en el sistema de tuberías, lo que hace que las aguas pluviales sean evacuadas rápidamente desde la cubierta.

Cualquier ventilación o agujero practicado en el conducto que pusiera la vena líquida en contacto con la atmósfera, detendría el funcionamiento del sifón.

Componentes

Los componentes son los mismos que encontramos en un sistema convencional pero al trabajar de forma distinta la instalación debe resolver otras cuestiones:

– Resistir presiones positivas y negativas elevadas, ya que no trabaja a presión atmosférica.

– Garantizar la estanqueidad de las uniones.

– Ser capaz de asumir las vibraciones que genera el sistema cuando está en perfecto funcionamiento.

Por lo que las tuberías y accesorios están realizados en Polietileno de Alta Densidad (PE80) que según los estudios es el material más adecuado.

El sumidero sinfónico, aunque se le suele denominar erróneamente “autocebante”, se caracteriza por tener  un diseño especial que evita la entrada masiva de aire al interior de la tubería y tienen capacidad para evacuar hasta seis veces más caudal que un sumidero convencional.

Ventajas

Este sistema nos permite utilizar colectores horizontales y un número menor de sumideros y bajantes. Además estos beneficios técnicos conllevan un ahorro económico al minimizar  todos los elementos que será más patente mientras mayor sea la superficie a evacuar.