Diseño y Construcción de Vanguardia

Nuevos materiales de construcción, tales como hormigón auto-curado, aerogeles, y los nanomateriales, así como enfoques innovadores de construcción, tales como la impresión 3D y módulos pre ensamblados, puede reducir los costos y acelerar la construcción al tiempo que mejora la calidad y la seguridad.

Los materiales de construcción representan una industria global de $ 1 billón; los materiales por lo general representan más de la mitad del coste total de los proyectos. Los materiales tradicionales tales como hormigón, cemento, asfalto y constituyen la mayor parte de esta demanda. Pero nuevos y mejores materiales de construcción también son necesarios debido a varias tendencias:

• Construcción ecológica (verde). Existe un inmenso impulso para adoptar materiales y tecnologías con huellas de carbono más bajas. 
• Eficiencia de costo. Dadas las sustanciales presiones de costos , es necesario un cambio estructural en la elección de los materiales, además de los crecientes esfuerzos de esbeltez. 
• Agilidad de la cadena de suministro. El transporte de materiales y equipos pesados tiene implicaciones masivas en los costos y en el tiempo de la cadena de suministro, especialmente porque muchos proyectos nuevos se encuentran en áreas remotas o densas. 
• Mayor durabilidad y resistencia. Con el aumento de los costos de capital y la escasez de tierras en muchos mercados, los propietarios insisten en que los proyectos tengan una vida comercial más larga. 
• Construcción fuera de sitio. El ensamblaje de materiales más ligeros y fáciles de manejar fuera del sitio puede mejorar la eficiencia del proyecto, abordar las limitaciones de espacio en el sitio y crear las condiciones para que los empleados mejoren sus habilidades.

Ha habido una ola de innovación en los materiales de construcción en los últimos decenios, desarrollado con usos específicos en mente. Hay docenas; Aquí están algunos que son particularmente interesantes:

• Concreto de auto curado. Esta usa bacteria como un agente de curado para cerrar grietas en el concreto; este se encuentra actualmente en la fase de prueba de concepto. 
• Tela de concreto. Tome una capa de "tela de concreto", a continuación, añadir agua y dejar solidificar. Esta innovación normalmente se utiliza para desagües, canales y pasajes, y esta ahora disponible en el mercado. 
• Topmix permeable. Esta es una alternativa de cemento que puede absorber 4.000 litros de agua por minuto. Esta en la fase de adopción temprana. 
• Aerogel. Este material super transparente, super aislante, es 99,98 por ciento de aire; está disponible comercialmente. 
• Nanomateriales. Estos materiales ultralivianos, super fuertes, pueden eventualmente ser un sustituto de refuerzo de acero en las estructuras y cimientos, aunque todavía están en fase de investigación. 

Algunos de estos "materiales del futuro" podría redefinir cómo se conceptualizan diseñan y ejecutan los proyectos,. Sin embargo, la adopción ha sido lenta debido a una falta de conocimiento y familiaridad dentro de la comunidad de diseño e ingeniería, una cadena de suministro limitada y la falta de disponibilidad a gran escala, y la aversión al riesgo entre los promotores o contratistas.

A pesar de estar disponible para más de 30 años, por ejemplo, el etileno tetrafluoroetileno (ETFE) sólo ganó adopción generalizada después de que se utilizó para construir una parte del edificio acuática para los Juegos Olímpicos de Beijing en 2008. El ETFE pesa menos de 1 por ciento de un panel de vidrio equivalente y cuesta 24 a 70 por ciento menos para instalar.

Alrededor del 80 por ciento de todos los trabajos de construcción se sigue haciendo en el lugar, pero muchos desarrolladores y contratistas del proyecto están desplegando nuevos enfoques fuera de sitio que ayudan a mejorar la previsibilidad, consistencia y repetibilidad. Esto es especialmente crítico dada la realidad de la reducción del espacio de trabajo, la escasez de mano de obra, y más exigentes normas ambientales y de seguridad . La industria necesita ir más allá de prefabricación y vaciado previo de estructuras hacia la próxima generación de técnicas. Varias técnicas muestran potencial:

• Pre-ensamble. Estructuras relativamente simples, tales como fábricas y patios cubiertos, pueden utilizar ensamble en fábrica o en patio para una envolvente completa de construccion. Esta técnica también se puede adaptar para edificios modulares, tales como hoteles y condominios de presupuesto. submódulos completos de un edificio más grande se ponen juntos en una fábrica o en patio cercano antes del ensamble final en el lugar de construcción. 
• Técnicas tales como la construcción volumétrica prefabricada, preacabada (PPVC) integra las capacidades fuera de sitio para transformar el lugar de construcción en un sistema de fabricación. El resultado: una mayor eficiencia, menos residuos, y mejor seguridad. 
• Además, los materiales como la madera laminada cruzada (CLT) están surgiendo en respuesta a la necesidad de opciones de construcción más ecológicos. En el Reino Unido, un rascacielos de madera de 80 pisos ha recibido recientemente la aprobación preliminar. Las empresas están respondiendo. 
• Un promotor inmobiliario de Singapur está utilizando PPVC para varios nuevos proyectos de construcción de viviendas, después de que el gobierno llevó a cabo pilotos exitosos. Y dado el éxito de un proyecto residencial basada en la CLT, un promotor inmobiliario de Australia anunció recientemente sus planes de abrir una fábrica en Sydney dedicada a la fabricación de componentes de construcción prefabricados para futuros desarrollos. 
• Impresión 3D. Submódulos de impresión o estructuras completas de hormigón antes de ensamble y de trabajo interno podrían transformar la industria en cuanto a diseño, costo y tiempo. Sin embargo, la impresión 3D se encuentra todavía en las primeras etapas de su desarrollo y aún no se puede implementar en la escala y la velocidad requerida para grandes proyectos. 
• Construcción ensamblada por robot. Los proyectos de construcción son intrínsecamente no estructurados y con frecuencia impredecibles; también pueden estar situados en terrenos y entornos difíciles. Por estas razones, el uso de robots se ha limitado hasta ahora. Sin embargo, los robots están siendo utilizados de forma selectiva para las actividades repetitivas y predecibles, tales como enlosetado, albañilería, soldadura y fabricación de carrete, demolición y reciclaje de hormigón. 

Las empresas que han implementado con éxito estos enfoques han tenido que cambiar drásticamente sus procesos internos de planificación, diseño, compras y construcción. Ellos también tendrán que invertir en la automatización y una red troncal efectiva de la cadena de suministro para garantizar un transporte fluido y a tiempo de los materiales desde la fábrica hasta el sitio para su uso. Por último, las empresas que decidan integrar verticalmente sus cadenas de suministro tendrán que planificar para las inversiones relacionadas con la fabricación.

Extracto del artículo: Imagining Construction's Digital Future
Por Rajat Agarwal, Shankar Chandrasekaran, and Mukund Sridhar
McKinsey Company
Junio 2016

Biobeauty, primer envase activo y compostable para la cosmética natural

Un consorcio de empresas y centros de investigación, liderado por Itene (Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística), ha desarrollado un innovador envase biodegradable y activo para cremas cosméticas naturales que logra alargar su fecha de caducidad hasta un año y medio. El material ha sido presentado en la última edición de la feria K en Alemania, la cita mundial del sector plástico.

En la actualidad, existen envases con materiales compostables como el PLA (ácido poliláctico) que permiten una vida útil media de 6 meses. Biobeauty mejora las propiedades barrera y antioxidantes del PLA convencional, que junto a la incorporación de las sustancias activas al material de envase permite alcanzar al producto una vida útil de 18 meses.El nuevo envase está compuesto por PLA (material biodegradable) reforzado con nanomateriales, e incorpora también un agente activo natural con propiedades antioxidantes.

Así, da solución a la creciente industria de cosmética natural y orgánica, que buscaba un envase también realizado con materiales renovables, que pudiera contener este producto sin perder durabilidad de sus cremas.

Pero, además, este envase cumple la norma europea de compostabilidad EN 13432, lo que significa que puede convertirse en nutriente para el suelo (compost). Además de ayudar a reducir la erosión y absorción de agua y nutrientes, por parte de las plantas.

En este sentido, María Jordá, investigadora de Itene y coordinadora del proyecto indica que “con el fin de evitar la oxidación de las cremas naturales que contienen estos productos, se han utilizado dos tecnologías. Por un lado, un envase activo con un antioxidante natural que ha logrado las propiedades antioxidantes para las cremas y, por otra parte, un bionanocompuesto cuya base es el ácido poliláctico, PLA, procedente también de una fuente natural con el que se consigue mejorar las propiedades barrera, y en conjunto alargar la vida útil del cosmético”.

Por su parte, desde Miniland Group, Germán Sempere considera que la participación en BioBeauty “ha sido una buena experiencia, ya que hemos estado en contacto con compañías de diferentes países y hemos aprendido mucho en este proceso. Además, creemos que es una oportunidad para nosotros porque hemos logrado un magnifico material para poder ofrecer a nuestros clientes”.

Mientras, desde la compañía cosmética Alissi Bronte, Mariano Pérez afirma que Biobeauty contribuirá de forma muy positiva “porque nos permite usar el mejor envase orgánico natural que va en la línea de nuestra filosofía de empresa de no utilizar aceites minerales, parabenos, petróleo ni derivados químicos”, comentó. “En cambio, nos permite utilizar ingredientes naturales que son buenos para las personas, su salud y también para el planeta”.

Desde la empresa cosmética Alan Coar, Alfonso Copoví añade que es una ventaja “no tener que utilizar antioxidantes en la elaboración de los productos” ya que Biobeauty los incorpora en el propio envase, comenta.

BioBeauty es un proyecto financiado por la Unión Europea a través del 7º Programa Marco de I+D+i que ha contado con representantes de cinco países europeos: España, Escocia, Eslovenia, Países Bajos y Francia.

Más información en www.biobeautyproject.eu

Interempresas
07 Noviembre 2016

Energia Fotovoltaica No Solar: Materiales Diseñados para Emitir Longitudes de Onda de Luz Muy Afinadas Cuando se Calientan

ScienceDaily (31 Julio 2011) - Un nuevo sistema de emisión de energía fotovoltaica desarrollado en el MIT puede ser alimentado exclusivamente por calor, generando electricidad sin nada de luz solar. Si bien el principio en cuestión no es nuevo, una nueva forma de diseñar la superficie de un material para convertir el calor en las longitudes de onda de luz precisamente afinadas - seleccionadas para coincidir con las mejores longitudes de onda que las células fotovoltaicas pueden transformar en electricidad - hace al nuevo sistema mucho más eficiente que las versiones anteriores. 

Una variedad de micro-reactores  de chips de silicio desarrollados por el equipo del MIT. 
Cada una de estas contiene cristales fotónicos en ambas caras planas, 
con tubos externos para la inyección de combustible y el aire y
la eyección de productos de desecho. En el interior del chip,
el combustible y el aire reaccionan para calentar los cristales fotónicos. 
En la práctica, estos reactores tendrían una celda fotovoltaica 
montada contra cada cara, con un pequeño espacio entre ellas, 
para convertir las longitudes de onda de la luz emitidas en electricidad. 
(Crédito:Foto de Justin Knight)

La clave de esta emisión muy afinada de luz, que se describe en la revista Physical Review A, se encuentra en un material con miles de millones de pozos a nanoescala grabados en su superficie.Cuando el material absorbe el calor - sea del sol, un hidrocarburo, un radioisótopo en descomposición o cualquier otra fuente - la superficie picada irradia energía sobre todo en estas longitudes de onda cuidadosamente seleccionadas.

Sobre la base de esa tecnología, los investigadores del MIT han hecho un generador de energía del tamaño de un botón alimentado por gas butano, el cual puede durar tres veces más que una batería de litio-ion del mismo peso, el dispositivo se puede recargar al instante, simplemente rompiendo un cartucho pequeño de combustible fresco. Otro dispositivo, impulsado por un radioisótopo que constantemente produce calor de la desintegración radiactiva, podría generar electricidad durante 30 años sin reabastecerse de combustible o sin mantenimiento - una fuente ideal de energía eléctrica para naves espaciales dirigidas a las misiones de larga distancia del sol.

De acuerdo con la Administración de Información de Energía de EUA, el 92 por ciento de toda la energía que utilizamos consiste en la conversión de calor en energía mecánica y luego, a menudo, en electricidad - como el uso de combustible para producir vapor de agua que mueve una turbina, la cual está conectada a un generador. Sin embargo, los sistemas mecánicos de hoy en día tienen una eficiencia relativamente baja, y no puede ser reducidos a los pequeños tamaños necesarios para los dispositivos tales como sensores, teléfonos inteligentes o los monitores médicos.

"Ser capaz de convertir el calor de varias fuentes en electricidad sin piezas móviles traería enormes beneficios", dice Ivan Celanovic ScD '06, ingeniero de investigación en el Instituto MIT de Nanotecnologías Soldado (ISN), "sobre todo si podemos hacerlo de manera eficiente, económica relativamente  y en pequeña escala. "

Desde hace tiempo se sabe que las celdas  fotovoltaicas (PV) no siempre se ejecutan en la luz del sol. Hace medio siglo, los investigadores desarrollaron Las Celdas Termofotovoltaicas (TPV), un par de celdas fotovoltaicas con cualquier fuente de calor: una quema de hidrocarburos, por ejemplo, se calienta un material llamado el emisor térmico, que irradia luz y calor en el diodo de PV, generando electricidad. La radiación del emisor térmico incluye longitudes de onda mucho más infrarrojas que las que se producen en el espectro solar, y materiales PV de "baja amplitud de banda"  inventados hace menos de una década pueden absorber más de esa radiación infrarroja que lo que pueden los PVs  de silicio estándar. Pero gran parte del calor se pierde todavía, por lo que las eficiencias siguen siendo relativamente bajas.

Una combinación ideal
La solución, Celanovic dice, es diseñar un emisor térmico que irradie sólo las longitudes de onda que el diodo PV puede absorber y convertirlas en electricidad,suprimiendo al mismo tiempo las otras longitudes de onda. "Pero, ¿cómo encontrar un material que tenga la propiedad mágica de emitir sólo en las longitudes de onda que queremos?" pregunta Marin Soljacic, profesor de física e investigador de ISN. La respuesta: Hacer un cristal fotónico, tomando una muestra de material y crear algunas de las características a nanoescala en su superficie - por ejemplo, un patrón regular de repetición de los agujeros o surcos - se propaga así la luz a través de la muestra de una manera radicalmente diferente.

"Al elegir la forma como diseñamos la nanoestructura, podemos crear materiales que tienen nuevas propiedades ópticas", dice Soljacic. "Esto nos da la capacidad de controlar y manipular el comportamiento de la luz."

El equipo - que también incluye a Peter Bermel, científico investigador en el Laboratorio de Investigación Electrónica (RLE), Peter Fisher, profesor de física y Michael Ghebrebrhan , un investigador postdoctoral en RLE - uso un bloque de tungsteno, diseñando miles de millones de pozos pequeños en su superficie. Cuando la losa se calienta, genera una luz brillante con un espectro de emisión alterado debido a que cada pozo actúa como un resonador, capaz de emitir una radiación en solo ciertas longitudes de onda.

Este enfoque de gran alcance - co-desarrollado por John D. Joannopoulos, , profesor de Física de Francis Davis Wright y director del ISN, y otros - ha sido ampliamente utilizado para mejorar láseres, diodos emisores de luz e incluso las fibras ópticas. El equipo del MIT, apoyado en parte por una donación de semillas de la Iniciativa Energética del MIT, está trabajando con colaboradores en el MIT y en otros lugares para usarlos en crear varios nuevos dispositivos de generación de electricidad.

Mike Waits, un ingeniero electrónico en el Laboratorio de Investigación del Ejército en Adelphi, Maryland, quien no estuvo involucrado en este trabajo, dice que este enfoque para producir suministros de energía en miniatura podría conducir a dispositivos electrónicos portátiles más ligeros, que es "fundamental para aligerar la carga del soldado. No sólo reduce su carga, sino que también reduce la cadena logística "para entregar estos dispositivos en el campo. "Hay un montón de vidas en juego", dice, "por lo que si puede hacer que las fuentes de energía más eficientes, podría ser de un gran beneficio."

El dispositivo tipo botón que usa hidrocarburos como el butano o el propano como fuente de calor - conocido como un generador de energía micro-TPV - tiene en su centro un "micro-reactor", diseñado por Klavs Jensen, Catedrático de Ingeniería Química de Warren K. Lewis , y fabricado en los laboratorios de Tecnología de Microsistemas. Mientras que el dispositivo alcanza una eficiencia de conversión de combustible a electricidad tres veces mayor que la de una batería de litio-ion del mismo tamaño y peso, Celanovic confía en que con más trabajo que su equipo puede triplicar la densidad de energía actual. "En ese momento, nuestro generador de TPV podría encender su teléfono inteligente durante una semana entera sin ser recargado", dice.

Celanovic Soljacic enfatiza que la construcción de sistemas prácticos requiere la integración de muchas tecnologías y áreas de especialización. "Es un esfuerzo realmente multidisciplinario", dice Celanovic. "Y es un excelente ejemplo de cómo la investigación fundamental en los materiales puede dar lugar a nuevas prestaciones que permite un amplio espectro de aplicaciones para una eficiente conversion de energia."

La Lista de los Diez mas Grandes Desarrollos Tecnologicos de Frost & Sullivan

Hasta el 85 % de las tecnologias desarrolladas globalmente nunca ven la luz comercial porque ellas caen en el llamado Valle de la Muerte - el abismo virtual que generalmente separa la investigacion aplicada de la demostracion tecnologica. Para ayudar a los inversionistas a evitar estos peligros, Frost & Sullivan ha compilado una lista corta de las 10 plataformas tecnologicas emergentes mas interesantes bien preparadas para impactar profundamente en múltiples sectores alrededor del mundo y paralelamente ofrecer un alto retorno de inversion para los inversionistas.

Los ganadores fueron seleccionados sobre la base de una metodologia selectiva y una extensa investigacion. Estas tecnologias son:

• Nanomateriales
• Electronica flexible
• Baterias avanzadas y almacenamiento de energia
• Tecnologia Informatica Ecologica (Green IT)
• Celdas Solares de CIGS (Cobre, Indio, Galio, Selenio)
• Integracion 3D
• Sistemas Autonomos
• Biotecnologia blanca, y
• Lasers

Los nanomateriales incluyendo nanotubos y nanoparticulas, han experimentado muchos años de esfuerzos de I&D a escala mundial. Los avances permitiran florecer los mercados para estos productos en la proxima decada.

La electrónica flexible, por ejemplo los plasticos inteligentes usados en paquetes de chips ultra delgados y baterias flexibles impresas, tienen aplicaciones en diversas industrias incluyendo los mercados de electronica de consumo, cadena de suministro, envasado de alimentos, militar y dispositivos medicos, entre otros.

Los mercados de las baterías de película flexible (BPF), las baterias avanzadas y almacenamiento de energia continuaran beneficiandose del aumento de la I&D. encontraran uso en aplicaciones militares tales como modernizacion del soldado, recoleccion de energia humana y en aplicaciones de consumo como dispositivos portatiles, vehiculos electricos y micro vehiculos aereos no tripulados. Conforme se desarrolle la tecnologia, el mercado vera ingresos de aplicaciones de consumo usando BPF en segmentos nicho y mercado alternativos.

Los materiales inteligentes, incluyendo materiales autonomos, productos plasticos auto reparantes y polimeros inteligentes para aplicaciones biomedicas, sienten los cambios en el ambiente circundante y responden predeciblemente. Ellos contienen un inmenso potencial a traves de un amplio rango de industrias. La mayor porcion de mercado con un rapido crecimiento seria capturada por los materiales piezoelectricos, los cuales son utiles en la produccion y deteccion de sonido, generacion de altos voltajes, generacion de frecuencia electrica, microbalances y enfoque ultrafino de conjuntos opticos.

Las iniciativas dirigidas a mejorar la eficiencia energetica de los centros de datos han ganado mucho impulso en los ultimos años. Los gobiernos, organismos de regualcion de estandares y empresas industriales lideres estan activamente involucradas en desarrollar tecnologias que puedan mejorar estas eficiencias. La Tecnologia Informatica Ecologica esta ranqueada como una las 10 mejores considerando que el 18 % de la energia total mundial se consume en la tecnologia informatica.

La tecnologia CIGS esta pronosticada a aumentar significativamente su penetracion global en energia solar en los años siguientes gracias a sus ventajas tecnologicas, bajos costos de fabricacion y altas tasas de rendimiento. los costos de los modulos deberian bajar en 45 % en los proximos 4 años llevando a despliegues masivos y oportunidades de crecimiento para los accionistas involucrados en los mercados solares. Los mercados claves a observar son: EUA, Francia, Portugal, España, Italia, Grecia, Alemania, China Corea del Sur y Japon.

Los sistemas autonomos son tambien reconocidos como la proxima tecnologia mas importante. La mayoria de desarrollos y descubrimientos en esta area tienen su origen en aplicaciones y proyectos militares. Sin embargo, la demanda civil esta creciendo con aplicaciones incluyendo servicios civiles, primeras respuestas, seguridad interna, etc. 

Para los neofitos, un Sistema Autónomo es un conjunto de redes y dispositivos router IP que se encuentran administrados por una sola entidad (o en algunas ocasiones varias) que cuentan con una política común de definición de trayectorias para Internet.

La biotecnologia blanca es considerada por muchos, como una solucion oculta. Esta involucra el uso de microorganismos y catalizadores biologicos tales como las enzimas en la produccion de productos bioquimicos, biomateriales y biocombustibles. El mercado potencial para estos productos excederia los $ 74,000 MM para el 2014. 

El mercado de los lasers incluyendo estado solido, diodo, CO2, helio, neon, podria alcanzar un crecimiento promedio de 8. 2 % del 2008 al 2014. El mercado para los lasers de CO2 deberia crecer debido a la demanda  de aplicaciones industriales en corte y soldadura. Los lasers YAG (itrio, aluminio granate) tambien ofrecen una significativa oportunidad en aplicaciones industriales y medicas. Los lasers de estado solido de alta potencia se usan cada vez mas en aplicaciones militares. Los lasers excimer (El láser excimer típico utiliza una combinación de gas inerte como argón, kryptón o xenón, con un gas reactivo) son prometedores para los mercados medicos(oftalmologia) y de semiconductores.