Papel reutilizado como material aislante

7/23/2019 Papel reutilizado como material aislante

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

Papel Reutilizado como Material Aislante

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ

SERGIO CLAUDIO MARTNEZ TIZNADO2011


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NDICE DE CONTENIDOS

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CAPTULO 1 INTRODUCCIN....................................................................................... 1

1.1.- Descripcin del Problema .............................................................................................. 2

1.2.- Objetivos ........................................................................................................................ 31.2.1.- Objetivo General .................................................................................................... 3

1.2.2.- Objetivos especficos.............................................................................................. 3

CAPTULO 2 CONTEXTUALIZACIN DEL ESTUDIO............................................. 4

2.1.- Marco Histrico.............................................................................................................. 5

2.2.- Papel Proceso de Elaboracin ..................................................................................... 7

2.3.- Impactos ambientales y Contaminantes del papel .......................................................... 8

2.4.- Sistemas de Efluentes ..................................................................................................... 9

2.5.- Desechos slidos ............................................................................................................ 9

2.6.- Potenciales impactos negativos del papel en una Planta Papelera. .............................. 10

2.7.- El Papel ........................................................................................................................ 14

2.7.1.- La Pasta de Papel.................................................................................................. 14

2.7.1.1.- Productos qumicos ...................................................................................... 15

2.7.2.- Elaboracin del papel ........................................................................................... 15

2.8.- Papel reciclado ............................................................................................................. 16

2.8.1.- Impactos Ambientales de la Manufactura de Papel a partir de Fuentes Primarias ySecundarias ........................................................................................................................... 17

2.8.2.- Las Enormes Ventajas del Reciclaje de Papel ..................................................... 19

2.9.- Propiedades del Papel................................................................................................... 20

2.10.- Fenomenologa Trmica ............................................................................................. 24

2.10.1.- Mtodos de Transferencia de Calor ................................................................... 24

2.10.1.1.- Por Conveccin .......................................................................................... 25

2.10.1.2.- Por Radiacin ............................................................................................. 25

2.10.1.3.- Por Conduccin .......................................................................................... 25

2.10.2.- Coeficiente de Conductividad Trmica ............................................................. 27

2.10.3.- Resistencia Trmica ........................................................................................... 28

2.10.4.- Coeficiente de Transmitancia Trmica .............................................................. 31

2.11.- Principales aislantes trmicos en Chile ...................................................................... 33

2.11.1.- Aislacin Trmica .............................................................................................. 33

2.11.2.- Materiales aislantes ............................................................................................ 33


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2.11.2.1.- Poliestireno expandido ............................................................................... 34

2.11.2.1.1.- Propiedades y aplicaciones ................................................................. 35

2.11.2.1.2.- Proceso de elaboracin ....................................................................... 36

2.11.2.2.- Lana de vidrio............................................................................................. 37



2.11.2.3.- Aislante de celulosa .................................................................................... 39



2.11.2.3.3.- Mercado .............................................................................................. 41

2.11.2.4.- Espuma de poliuretano ............................................................................... 43



2.11.2.5.- Lana de roca ............................................................................................... 45



CAPTULO 3 METODOLOGA DE TRABAJO........................................................... 47

3.1.- Elaboracin Caja de Madera ........................................................................................ 48

3.2.- Muestras e instrumentos de medicin para pruebas de ensayo ................................... 51

CAPTULO 4 DESARROLLO EXPERIMENTAL....................................................... 59

4.1.- Desarrollo y Anlisis de resultados ............................................................................. 60

4.2.- Conductividad Trmica ................................................................................................ 71

CAPTULO 5 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES.................................................. 87

5.1.- Respecto al reciclaje del papel ..................................................................................... 88

5.2.- Respecto a la normativa y metodologa del trabajo ..................................................... 88

5.3.- Respecto al desarrollo experimental ............................................................................ 88

BIBLIOGRAFA................................................................................................................ 91

ANEXOS.............................................................................................................................. 94


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NDICE DE TABLAS

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Tabla 2.1.- Potenciales impactos negativos del papel en una Planta Papelera .................... 10

Tabla 2.2.- Pruebas fsicas del papel ................................................................................... 23

Tabla 2.3.- Resistencia trmica de superficie en m2*K/W ................................................. 30

Tabla 4.1.- Anlisis de resultados Poliestireno Expandido. ................................................ 60

Tabla 4.2.- Anlisis de resultados Aglomerado de Papel .................................................... 62

Tabla 4.3.- Comparacin en T entre Poliestireno Expandido y Aglomerado de Papel .... 64

Tabla 4.4.- Anlisis de resultados del Papel Reciclado Casero ........................................... 65

Tabla 4.5.- Comparacin en T entre Poliestireno Expandido y Papel Reciclado Casero. 67

Tabla 4.6.- Anlisis de resultados de Tiras de Papel ........................................................... 69

Tabla 4.7.- Comparacin de resultados entre las distintas muestras. .................................. 86


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NDICE DE FIGURAS

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Figura 2.1.- Comparacin en elaboracin con papel reciclado. .......................................... 16

Figura 2.2.- Energa y materiales necesarios para producir una tonelada de papel y sureutilizacin .......................................................................................................................... 18

Figura 2.3.- Cantidades de energa, agua y rboles necesarios para la produccin de papelde distintas calidades y reciclado.......................................................................................... 19

Figura 2.4.- Ahorros obtenidos en la fabricacin de pasta reciclada ................................... 20

Figura 2.5.- Transferencia de calor a travs de una superficie ............................................ 24

Figura 2.6.- Flujo de calor a travs de una superficie unitaria ............................................ 26

Figura 2.7.- Resistencias superficiales ................................................................................ 29

Figura 2.8.- Resistencia trmica total a travs de una pared compuesta ............................. 31

Figura 2.9.- Fragmento de Poliestireno Expandido ............................................................. 34

Figura 2.10.- Perla normal y expandida. ............................................................................. 36

Figura 2.11.- Rollo de lana de vidrio ................................................................................... 37

Figura 2.12.- Celulosa proyectada en muros ....................................................................... 39

Figura 2.13.- Construccin Clnica las Condes, en la cual se us aislacin proyectada de

celulosa en tabiques divisorios interiores. ............................................................................ 42

Figura 2.14.- Interior de canal de televisin CHV, en el cual se us aislacin proyectada

de celulosa. ........................................................................................................................... 42

Figura 2.13.- Segmento de vidrio celular ............................................................................ 42

Figura 2.15.- Espuma de Poliuretano .................................................................................. 43

Figura 2.16.- Mantas de lana de roca .................................................................................. 45

Figura 3.1.- Caja de madera con aislante de poliestireno expandido en su primera capa,

como sistema sencillo para experimentos con flujos de temperatura ................................... 49

Figura 3.2.- Caja de madera con aislante de poliestireno expandido terminada.. ............... 49

Figura 3.3.- Placa Bio-calor................................................................................................. 50

Figura 3.4.- Poliestireno Expandido de 50mm de espesor .................................................. 52

Figura 3.5.- Fuente con papel en agua y bastidor para darle forma a la muestra ................ 52

Figura 3.6.- Aglomerado de papel con la forma del bastidor, antes de iniciar la prueba .... 53

Figura 3.7.- Pasta celulosa en recipientes, triturada en licuadora ....................................... 54

Figura 3.8.- Tiras de papel en el interior de la caja ............................................................. 55

Figura 3.9.- Termocupla. Sensores ubicados en parte posterior y frontal de una muestra de

poliestireno expandido .......................................................................................................... 56


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Figura 3.10.- Pinza Amperimtrica Mastech. ...................................................................... 57

Figura 3.11.- Extensin para descubrir Fase en toma de Amperaje ................................... 57

Figura 3.12.- Regulador de voltaje monofsico ................................................................. 58

Figura 4.1.- Grfico Poliestireno Expandido ....................................................................... 61

Figura 4.2.- Momento de prueba al Poliestireno Expandido ............................................... 61

Figura 4.3.- Grfico Aglomerado de Papel ......................................................................... 63

Figura 4.4.- Grfico T Poliestireno Expandido v/s Aglomerado dePapel. ..................... 64

Figura 4.5.- Muestra C, de Papel Reciclado Casero ............................................................ 66

Figura 4.6.- Grfico Papel Reciclado Casero ...................................................................... 67

Figura 4.7.- Grfico T Poliestireno Expandido v/s Papel Reciclado Casero.................. 68

Figura 4.8.- Prueba a caja con Tiras de Papel ..................................................................... 69

Figura 4.9.- Grfico Tiras de Papel en caja de madera ....................................................... 70

Figura 4.10.- Grfico T Poliestireno Expandido v/s Tiras de Papel............................... 71

Figura 4.11.- Regulador de voltaje monofsico. ................................................................ 73Figura 4.12.- Grfico Temperatura vs Tiempo de la muestra A ......................................... 75

Figura 4.13.- Papel aglomerado en contacto con la placa de biocalor ................................ 76

Figura 4.14.- Grfico Temperatura vs Tiempo de la muestra B .......................................... 77

Figura 4.15.- Grfico Temperatura vs Tiempo de la muestra C .......................................... 79

Figura 4.16.- Muestra Dt cubierta de poliestireno expandido y conectada a termocupla ... 80

Figura 4.17.- Grfico Temperatura vs Tiempo de la muestra Dt ........................................ 81

Figura 4.18.- Grfico Temperatura vs Tiempo de la muestra E. ......................................... 83

Figura 4.19.- Grfico Temperatura vs Tiempo de la muestra F .......................................... 85Figura 4.20.- Comparaciones de Conductividad Trmica entre las muestras ..................... 86


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CAPTULO 1

INTRODUCCIN


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Captulo 1 Introduccin

Papel reutilizado como material aislante 2

1.1.- Descripcin del Problema

En las empresas, principalmente en las oficinas, se consume desmedidamente el papel, lo

que indica un sobreuso que se observa en los escritorios con recordatorios, memos, o dos

reglones escritos y, muchas veces es tirado a la basura sin siquiera ocupar la hoja por ambas

caras. Sin dejar de considerar que el uso del papel trae gastos energticos, contaminacin al

medio ambiente y la tala de rboles, lo que hace reflexionar sobre acciones para disminuir este

derroche, ocupndolo con una mayor eficiencia y sacndole el provecho al mximo.

Tomando en cuenta algunos datos sobre lo que implica la produccin de papel en el medio

ambiente, se sostiene que el 17% de la pulpa virgen que se utiliza en su produccin proviene de

bosques. Producir papel reciclado reduce en un tercio el costo energtico generado por la

elaboracin en base a pulpa. Finalmente una tonelada de papel reciclado puede salvar

aproximadamente 12 rboles.

Cabe decir que el uso desmedido del papel trae consecuencias al medio ambiente, si no se

toman medidas adecuadas para contrarrestarlo. Es aqu donde se requiere de alguna solucin al

problema, darle otra forma de uso, con el que pueda observarse un avance tecnolgico, una ayuda

al medio ambiente y a la sociedad.

Una idea es la reutilizacin, no reciclado precisamente, sino utilizndolo nuevamente. Un

ejemplo de este es el papel peridico, una vez ledo, al pasar el tiempo no se ocupa; las guastelefnicas; revistas, libros; o impresin y escritura utilizado en las empresas, en oficinas,

administraciones pblicas o centros docentes. Este puede reutilizarse sin necesariamente pasar

por el proceso de reciclaje, reduciendo energa de un tercio (reciclado) al mnimo porcentaje de

gasto de energa.

Si a esta idea se le suma un aprovechamiento energtico que el papel puede entregar, sera

an mejor para el medio ambiente y ms importante para la sociedad.

Esta es la principal razn de la investigacin, favorecer al medio ambiente, preservando los

recursos naturales que aun se tienen y a las condiciones que permitan un mejor vivir a las

generaciones futuras.


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Captulo 1 Introduccin


Nivel actual del Tema

El problema energtico preocupa a toda la ciudadana. La necesidad de cuidar los recursos

naturales y reducir el consumo de energas no renovables que est afectando al planeta, es una

demanda de dimensin mundial.

El consumo global de energa se reparte en tres grandes grupos: el 40% las edificaciones; el

32% el transporte y el 28% la industria. Estas cifras permiten advertir la importancia de un

adecuado aislamiento trmico para evitar prdidas de calor en invierno o su ganancia en verano.

Por esa razn, en muchos pases rigen normas que obligan a aislar las envolventes (techos, pisos

y muros) desde hace tiempo, ya que su ausencia constituye la principal causa del consumo

excesivo de energa.

Para contrarrestar la falta de aislacin, comnmente, se utiliza por dems la calefaccin o la

refrigeracin, sin solucionar el problema. Un consumo de gas y electricidad mayor de lo

necesario incide directamente en las tarifas de los servicios domiciliarios, constituyendo un tema

alarmante para la economa de cualquier consumidor de Chile.

1.2.- Objetivos

1.2.1.- Objetivo GeneralDeterminar la conductividad trmica de la solucin aislante en base al papel reutilizado y

comparar el comportamiento al utilizarlo de distintas formas.

1.2.2.- Objetivos especficos

Identificar formas de uso del papel como aislante.

Evaluar los diseos dados al papel con ensayos experimentales.

Identificar el comportamiento trmico de las muestras.


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CAPTULO 2

CONTEXTUALIZACIN DEL ESTUDIO


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Captulo 2 Contextualizacin del Estudio


2.1.- Marco Histrico

Fue hacia el ao 105 cuando Cai Lun o Tsai-lun, como era conocido el eunuco de la corte

Han oriental del emperador chino Hedo o Ho Ti, fabric por primera vez papel utilizando

materiales como corteza de morera, tejidos de seda y trapos de ropa vieja y un molde fabricadode tiras de bamb. El emperador le haba encomendado la misin de buscar nuevos materiales

para escribir.

Los primeros antecedentes que se tienen datan del ao 150. Durante 500 aos la tcnica de

cmo fabricar papel estuvo slo en conocimiento de China. En el ao 610 se introdujo por

primera vez en Japn y en el 750 en Asia Central. Posteriormente, por el ao 800, apareci en

Egipto, inicindose su fabricacin 100 aos despus.

Los egipcios usaron material vegetal en la fabricacin de papiros y piel de cabra y oveja

para los pergaminos. El papiro alcanza entre uno y tres metros de altura. Las hojas son largas y

los tallos son blandos y de seccin triangular. La parte inferior del tallo es tan gruesa como un

brazo humano. La mdula del papiro era consumida hervida pero su principal uso fue en la

elaboracin de un material parecido al papel. La fabricacin era a partir de capas de la mdula

dispuestas longitudinal y transversalmente. Todo esto se impregnaba de agua, se prensaba y se

secaba. Tras el secado el papiro se frotaba contra una pieza de marfil o una concha lisa. El

tamao fluctuaba entre los 12,5x12,5 centmetros y entre los 22,5x37,5 centmetros. Cada "papel"

se una a otro formando rollos de entre 6 y 9 metros. Los egipcios escriban sobre el papiro en

columnas de 7,6 cm de ancho, tamao de la prosa literaria y en la poesa las columnas eran ms

anchas. Los griegos, segn algunos antecedentes conocan la tcnica egipcia de la fabricacin del

papiro desde principios del siglo V a.C.

En Europa el papel fue introducido por los rabes, quienes en el siglo VIII hicieron

prisionero en el Turquestn a soldados chinos conocedores de su fabricacin. El primer ejemplar

escrito en papel es una carta rabe que data del ao 806 que se conserva en la Biblioteca

Universitaria de Leyden. Los musulmanes mejoraron la tcnica de produccin del papel

utilizando materiales como algodn, lino y camo.

Entre las fbricas ms antiguas de Europa figuran las de Jtiva (siglo XII, Fabriano, Italia

siglo XIII) y la de Espaa instalada en el ao 1150.


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Con el pasar los siglos las tcnicas se extendieron a otros pases europeos. El papel poda

ser confeccionado en grandes cantidades y a bajo precio. Las caractersticas de este nuevo

material era que a simple vista tena aspecto algodonoso, tena menos cuerpo y se desgarraba con

facilidad. En comparacin al pergamino, el papel es ms ligero, suave y de superficie rugosa. En

un principio el papel fue utilizado como borrador de cartas, para tomar apuntes, prohibindose suempleo en documentos oficiales.

Los cultivos de camo y lino se extendieron por toda Europa. Se perfeccionaron las

tcnicas del encolado y se mejoraron las mquinas, hitos que significaron la masificacin de su

uso. Era tan beneficioso que los mercaderes italianos lo dieron a conocer por todas sus rutas hasta

que finalmente el pergamino fue reemplazado por el papel. Aquellos edictos que prohiban su uso

en documentos oficiales fueron dejndose de lado y progresivamente comenz su empleo en

documentos notariales y de cancillera.

En el siglo XIII los holandeses inventaron una mquina que entregaba una pasta de mejor

calidad, ms refinada y en menos tiempo. A mediados de siglo XV se invent la imprenta y se

conocieron los tipos mviles. Este hito signific el abaratamiento de la impresin de libros y

estimul la fabricacin del papel. El uso del papel aument en los siglos XVII y XVIII

provocando una escasez de trapos, nica materia prima conocida por los impresores europeos.

Buscaron mltiples sustitutos pero ninguno alcanz inters comercial. Simultneamente, se

intent reducir el costo del papel por medio de una mquina que reemplazara el proceso de

moldeado a mano en la fabricacin del papel.

En 1798 el francs Nicholas Louis Robert invent una mquina que abaratara los precios,

y fue mejorada por los hermanos ingleses Henry y Sealy Fourdrinier en 1803. Producir una

materia prima barata era, hasta ese entonces, uno de los grandes problemas. Sin embargo, por

1840, se invent la primera mquina que tena por objetivo triturar la madera para fabricar pulpa.

Diez aos despus se conoci el proceso qumico para ste fin. En 1844 Federio Gottlob Keller

consigui por primera vez, mediante procedimiento mecnico, la pasta de madera. Por 1852

Meillier descubri la celulosa y Tilghman patent el procedimiento mediante el cual se obtena

celulosa de la madera a base de bisulfito de calcio.

De aqu en adelante los futuros mecanismos slo buscaran la perfeccin de la maquinaria

existente, la utilizacin de nuevos materiales y la disminucin de los tiempos productivos. La


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industria papelera siempre ha estado en constante desarrollo y durante el siglo XX alcanz

elevados niveles de produccin. Estados Unidos y Canad son los mayores productores

mundiales de papel, pulpa y productos papeleros. (Papelera el Nevado S.A. de CV, 2003)

2.2.- Papel Proceso de Elaboracin

El papel es una delgada hoja elaborada con pasta de fibras vegetales que son molidas,

blanqueadas, desledas en agua, secadas y endurecidas posteriormente; a la pulpa de celulosa,

normalmente, se le aaden sustancias como el polipropileno o el polietileno con el fin de

proporcionar diversas caractersticas. Las fibras estn aglutinadas mediante enlaces por puente de

hidrgeno. Tambin se denomina papel, hoja o folio a su forma ms comn como lmina

delgada.

La primera etapa del proceso es poner en suspensin, con agua, la fibra secundaria o papel

recuperado, preparando, de esta forma, lo que se denomina pasta. Para esto, se efecta una

formulacin, seleccionando varios tipos de papel recuperado, en porcentajes diversos, que varan

en funcin de las caractersticas del papel a ser fabricado. La pasta es sometida a diversos

procesos de depuracin para retirar todos aquellos materiales no fibrosos que acompaan al papel

recuperado y que son perjudiciales para el proceso de operacin, resistencia y apariencia del

papel, tales como grapas, clips, plsticos, etc.

As mismo, durante el proceso de preparacin de la pasta se agregan diversos aditivos, con

objeto de impartir al papel el color apropiado o mejorar sus propiedades fsicas. Finalmente, se

somete a la pasta a un proceso de refinacin, para desarrollar los puntos de contacto entre fibras

que permitan su adecuada formacin en la mquina de papel.

Una vez obtenida la pasta, depurada, refinada y acondicionada, se bombea a la Mquina de

Papel, en la que, como primera fase, se distribuye a todo lo ancho de una malla plstica, de forma

homognea para minimizar las variaciones de peso en el papel. La pasta debe entrar a la mquina

con un contenido mximo, de fibra sobre agua, de aproximadamente 1 %, con objeto de que la

hoja se forme apropiadamente. El resto de las operaciones de la mquina sirven para retirar el

excedente de agua, recirculndolo al proceso, hasta obtener papel seco (entre 6 y 8 % de

humedad normalmente).


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En primera instancia, el agua drena a travs de la malla de formacin, de manera natural,

por gravedad. Posteriormente, el drenado es inducido por medio de vaco. Cuando este

procedimiento no permite retirar ms agua, se pasa la hoja entre dos rodillos recubiertos de hule u

otro elastmero, exprimindola.

De la seccin de prensas se pasa la hoja a la de Secadores, en la que entra en contacto con

una superficie metlica caliente que evapora el agua remanente, hasta secar totalmente el papel.

Finalmente, en algunas calidades de papel, se pasa la hoja entre rodillos metlicos pulidos,

con objeto de impartir lisura en su superficie y, posteriormente, enrollarlo. El rollo de mquina se

rebobina, obteniendo uno o ms rollos terminados, con la anchura y dimetro requeridos por el

cliente.

Cuando as se requiere, el rollo terminado se pasa a la cortadora de hojas, en la que se corta

con las dimensiones requeridas.

2.3.- Impactos ambientales y Contaminantes del papel

Las fbricas de pulpa y de papel que fueron construidas antes de 1970, fueron planificadas

bajo un clima econmico y social muy diferente del actual. El mayor costo de la construccin, las

materias primas y la energa, y la conciencia mucho ms amplia del medio ambiente, han

afectado las filosofas de diseo y operacin de la industria de pulpa y papel.

La degradacin de los bosques naturales y tropicales ha causado grandes problemas de

erosin del suelo, manejo de cuencas hidrogrficas y prdida o degradacin del hbitat forestal.

Al convertir los bosques al monocultivo, las plagas pueden expandirse incontrolablemente. Este

mtodo requiere pesticidas y/o herbicidas, los mismos que causan efectos toxicolgicos en los

organismos beneficiosos.

La explotacin de la madera es una de las ocupaciones ms peligrosas y, si no existe

adecuada supervisin, puede afectar la fertilidad de la tierra, y promover la erosin del suelo,

aumentando la turbiedad de los ros, lagos y esteros. Adems, puede haber cambios qumicos en

el agua, si se permite que los desechos de la madera, la corteza y la basura se descompongan all.


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Las fbricas de pulpa y papel emplean grandes cantidades de agua durante el proceso de

preparacin de la madera mediante la remocin hmeda de la corteza. Si bien, fsicamente, es la

manera ms eficiente para quitar la corteza, disminuir las prdidas de madera y reducir la

cantidad de tierra que trae, el gasto ms elevado para controlar las aguas servidas, y el valor

calrico ms bajo de la corteza hmeda, constituyen las razones principales para cambiar,actualmente, de la remocin hmeda de la corteza, al proceso seco. Los parmetros ms

importantes que se relacionan con el control de la contaminacin durante la remocin hmeda de

la corteza son los S1idos Totales Suspendidos, la Demanda de Oxigeno Bioqumico, el pH, el

color, y la toxicidad.

2.4.- Sistemas de Efluentes

Aqu, los principales problemas se relacionan con la alta Demanda de Oxgeno

Bioqumico (DBO) y Demanda de Oxgeno Qumico (DQO) del agua que se descarga de la

planta y el efluente del licor negro. Todas las plantas de pulpa (qumicas y mecnicas) requieren

que las aguas del proceso y lavado se traten adecuadamente para bajar los valores de la DBO y

DQO, antes de verterlas a las aguas de recepcin. Los sulfuros o sulfitos que contiene el efluente

tienen que ser oxidados a sales de sulfato, y el color debe ser reducido a un nivel aceptable. Se

puede reducir con anticipacin el nivel de los slidos totales suspendidos mediante coagulacin,

floculacin, sedimentacin y, de ser necesario, filtracin.

2.5.- Desechos slidos

La preparacin de la madera para uso en una planta de pulpa genera una gran cantidad de

desechos slidos: la extraccin de la madera, incluyendo la tala de los rboles, y remocin de las

ramas, corteza, tierra, arena o piedras. El diseo del proyecto debe incluir la eliminacin

adecuada de estos desechos. Las otras fuentes de desperdicios slidos incluyen el material

rechazado por la malla y el recausticador, lodos de las aguas servidas, papel defectuoso y basura.

Asimismo, la ceniza de la caldera puede constituir hasta la cuarta parte de todos los desechos

slidos. Donde sea posible, se deben quemar los desechos slidos y recuperar el calor residual. A

menudo, los desperdicios slidos deben ser desecados antes de quemarlos.


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Con frecuencia en la prctica, la fbrica de pulpa funciona junto a un aserradero. Se

pueden utilizar los desechos lignferos adicionales, producidos por el aserradero, para calentar las

calderas, y el aserrn y astillas de madera pueden servir para hacer aglomerado y hojas prensadas.

Aproximadamente el 75 por ciento de los desechos slidos son orgnicos; si no se

queman, tienen que ser eliminados adecuadamente para no sobrecargar el medio ambiente. Como

los desechos txicos y peligrosos que se vierten al relleno pueden degradar los recursos de agua

fretica, se debe planificar su eliminacin correcta desde el inicio. Puede ser necesario revestir el

depsito y monitorear, permanentemente, la calidad de los lixiviados.

Est aumentando el inters, en los pases en desarrollo, en el uso de las fibras no lignferas

en la industria de pulpa y papel. Se estn estableciendo fbricas pequeas que utilizan

principalmente la paja de arroz y trigo, camo, bagazo, rafia brava y yute, entre otros materiales.

Desde el punto de vista del medio ambiente, la diferencia ms importante entre las materias

primas lignferas y no lignferas, es el alto contenido de ceniza que contienen las ltimas; esto

puede crear mayores problemas para la eliminacin de los desechos slidos.

2.6.- Potenciales impactos negativos del papel en una Planta Papelera.

Tabla 2.1.- Potenciales impactos negativos del papel en una Planta Papelera

Impactos Negativos Potenciales Medidas de Atenuacin

1. Liberacin de desechos gaseosos

Dixido de azufre

Compuestos de azufre total

reducido (ATR)

Partculas

Compuestos orgnicos txicos

(p.ej., cloro sulfuro de hidrgeno)

Controlarlo mediante las operaciones

adecuadas, p.ej. el horno de recuperacin de

licor.

Seleccionar los combustibles auxiliares

apropiados

Desulfurizar el combustible, lavar el gas de

escape, y modificar el proceso.

Compuestos de Azufre Reducidos

Colectarlos con mltiples, lavarlos con una


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solucin alcalina, luego quemarlos.

Partculas

Removerlas con los evaporadores-lavadores,

ciclones o precipitadores electroestticos.

Toxinas Atmosfricas

Prevenir/controlar las fugas mediante el

diseo del proceso

2. Descarga de desechos lquidos en lasextensiones de agua: Los contaminantes

convencionales estn causando los

siguientes impactos:

cambios en el pH y la toxicidad;

slidos disueltos y suspendidos;

eutrofizacin;

espuma y telilla;

crecimiento de lgamo;

efectos trmicos;

cambios de sabor, color y olor;

contaminacin de la carne de

pescado;

presencia de toxinas como

triclorofenol, pentaclorofenol y

cinc.

Medidas de operacin y limpieza de la planta:

Lavar la pulpa, recuperar los qumicos y

fibras, tratar y reutilizar las corrientes

seleccionadas de desechos, recolectar los

derrames, y prevenir las descargas

accidentales de los tanques de acopio.

Monitorear las alcantarillas, canales de

drenaje, y descargas, para asegurar que se

tenga una advertencia oportuna en el caso de

que ocurran derrames.

Equilibrar la carga sobre las instalaciones de

tratamiento utilizando recipientes dealmacenamiento y otras medidas.

Reciclar el agua que se emplea para remover

la corteza

Tratamiento externo de los efluentes:

Primario-recipientes de sedimentacin,

clarificadores por gravedad y flotacin con

aire disuelto.

Secundario-piscinas de oxidacin, filtracin

por goteo, laguna aireada, lodo activado,

riego, recipiente de sedimentacin (para

eliminar los lodos biolgicos) y clarificador

secundario


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Controlar las toxinas empleando qumicos

menos nocivos, o no txicos.

3. Eliminacin de los desechos slidos en

la tierra;

Lixiviacin subterrnea,

contaminando del agua fretica y

superficial.

Destruccin de las reas

ecolgicamente frgiles, como

pantanos y otros humedales.

Proliferacin de roedores,

animales que se alimentan de la

carroa, e insectos perjudiciales

para la salud humana.

Incendios, peligros para la salud y

condiciones desagradables

Reducirlos y segregarlos en la fuente, utilizar

los subproductos, implementar la

planificacin y manejo adecuado de los

depsitos de desechos, utilizando forros con

sistemas de recoleccin del agua de

escurrimiento y los lixiviados (Ver el

captulo: recoleccin de Desechos Slidos y

Sistemas de Eliminacin).

4. Incineracin de los lodos.

Secarlos mediante filtracin al vaco y utilizar

acondicionamiento qumico para preparar los

lodos para incineracin.

Incineradores:

desechos solamente;

quemar en el hervidor de la corteza;

quemar en la caldera de energa elctrica;

5. Efectos para la salud de los

trabajadores debido a los siguientesfactores:

Operaciones especiales de la

fbrica de pulpa, tales como la

preparacin de los troncos

La instalacin debe implementar un Programa

de Seguridad y salud diseado para cumplir

lo siguiente:

identificar, evaluar monitorear y controlar los

peligros para los empleados;

disear procedimientos de operacin seguros;

dar capacitacin en las prcticas de seguridad


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(astillamiento y molienda.

Manejo y almacenamiento de la

madera de pulpa, astillas, y otras

materias primas.

procesos qumicos empleados

para fabricar la pulpa,

blanquearla, y preparar la materia

prima.

El manejo de los licores gastados

y operaciones de la sala de

mquinas, incluye polvo, humos y

gases; el uso de los equipos

especiales: desfibradoras, cizallas,

cortadores, equipos mviles

pesados, etc.

y manejo de emergencias;

Aunque todas estas sustancias y los residuos orgnicos de la madera tienen diferentes

efectos contaminantes, la presencia del cloro o de sus derivados se roba la atencin.

Tradicionalmente se utiliz cloro para blanquear la celulosa. Conforme creci la

preocupacin por el ambiente, se descubri que el blanqueo generaba una gran cantidad de

organoclorados (dioxinas y furanos), muy txicos, persistentes y con capacidad de acumularse en

organismos animales

A mediados de los aos 90 se descubri que los vertidos de madera disuelta, residuos

qumicos y subproductos de las reacciones entre las sustancias qumicas y orgnicas reducen el

oxgeno de los cursos de agua y son letales para los peces.

La desaparicin de unas algas en las aguas de un lago en el sur de Chile al que llegaban

efluentes de la fbrica de celulosa Valdivia determin, en 2004, que miles de cisnes abandonaran

una reserva natural, al quedarse sin alimento.


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Segn el bilogo Oscar Galli, las fbricas lanzarn al aire grandes cantidades de azufre

reducido y sulfuro de nitrgeno, lo que puede causar un fuerte "olor a huevo podrido" a varios

kilmetros a la redonda.

Estudios epidemiolgicos demostraron que la exposicin prolongada a compuestos

malolientes de azufre aumenta el riesgo de contraer infecciones respiratorias agudas. (Raul Pierri,

2005).

2.7.- El Papel

2.7.1.- La Pasta de Papel

Se obtiene a partir de la madera de rboles (pino, eucalipto, abeto, pcea, abedul, chopo,

etc.), de arbustos y de pequeos vegetales (bamb, caa, camo, paja, etc), o a partir de papel

viejo.

-Pasta de madera: se necesitan 1,7 kg de madera para obtener 1 kg. de pasta.

-Pasta qumica: (se obtiene papel de ms calidad) se necesitan 3,2 kg de madera para

obtener 1 kg. de pasta.

Para la fabricacin del papel se necesita:

Agua

Energa

- Preparacin

Se trata de cortar los troncos de madera y sacar la corteza. Es una fase bsicamente

mecnica que tiene el objetivo de poner la materia en condiciones para el tratamiento industrial.

- Elaboracin de la Pasta

En esta fase se separa la celulosa del resto de substancias que contiene la madera (lignina,

cido silcico, etc.) mediante un tratamiento fsico y qumico.


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- Lavado y Blanqueo

Consiste en hacer desaparecer los restos de lignina y otras impurezas (taninos, resinas, etc).

En esta fase se aaden productos qumicos a la pasta (generalmente a base de cloro), para

conseguir que el papel resultante sea de color blanco.

Este proceso requiere mucha agua, adems de los agentes qumicos que pueden ser

contaminantes. La reutilizacin del agua en un circuito cerrado permite reducir el consumo en un

80 - 90%.

Tambin hace falta destacar que se tiene que depurar el agua residual, puesto que si se

vierte directamente al ro puede provocar la muerte de peces y otros organismos.

2.7.1.1.- Productos qumicos:

Para blanquear el papel viejo:

NaOH (sosa custica), H2O2 (perxido de hidrgeno), silicato de sosa, dtpa (cido -

dieliteritriamida-pentactico).

Para que quede poco transparente:

Caol (silicato de aluminio), tiza (sulfato de calcio), talco (silicato de magnesio), carbonato

de calcio.

Recubridores pigmento:

Carbonato de caol, almidn y ltex".

2.7.2.- Elaboracin del papel

La pasta de papel se introduce en unos depsitos con agua y se baraja (la pasta importada

est seca). Seguidamente se realiza el proceso de refino, que consiste a reblandecer, desfibrar y

dar flexibilidad a las fibras.

Posteriormente, se aaden las cargas (substancias que dan opacidad y aspecto liso al papel),el pegamento y los colorantes si son necesarios.

A continuacin la pasta se deposita sobre una trama por tal que pierda el agua que contiene.

Al desplazarse la trama, se forma una hoja continua de papel que har falta prensar y secar.


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La ltima etapa, que se denomina estocado o tratamiento de la superficie, consiste en

aplicar los recubrimientos y tiene como funcin garantizar la calidad de la impresin y la

escritura.

Finalmente, el papel se seca y se enrolla en unas grandes bobinas.

El papel reciclado se salta muchos de estos procesos si no se blanquea.

2.8.- Papel reciclado

Los procesos de reciclaje de papel tienen su origen en los problemas medioambientales

generados por la fabricacin de papel nuevo:

Los productos qumicos empleados desprenden olores desagradables y contaminan

fuertemente el medio.

La tala de rboles necesaria para obtener materia prima podra reducir la masa forestal y

provoca desequilibrios climticos.

Figura 2.1.-Comparacin en elaboracin con papel reciclado.


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2.8.1.- Impactos Ambientales de la Manufactura de Papel a partir de Fuentes Primarias y

Secundarias

Para evaluar los impactos ambientales de la produccin y el consumo de papel, varios

aspectos son importantes:

1.- Consumo de Madera

La cantidad de madera que se necesita como materia prima para la manufactura de papel

depende del tipo de madera, la tecnologa aplicada y los requerimientos de calidad para fibras y

papel. La produccin de pasta de madera en general consume menos madera (1,02 a 1,12 Ton. de

madera por Ton. de papel) que la produccin de pasta Kraft (1,65 a 2,25 Ton. de madera por Ton.

de papel).

Los impactos ambientales del uso extenso de madera debido a un creciente consumo de

papel dependen de muchos factores (por ejemplo la explotacin de bosques naturales, la

expansin de monocultivos, la disponibilidad de residuos de madera de la produccin de madera

de construccin y muebles, la sustentabilidad de la silvicultura, etc.). Debido a que los mtodos

sostenibles de la silvicultura no son comunes en todos lados, el creciente consumo de papel

genera la deforestacin y efectos negativos relacionados al medio ambiente.

2.- Uso de Energa

Cuando se considera el consumo de energa para la manufactura de papel, es importante

realizar un anlisis del ciclo de vida, que comprende todos los pasos de la produccin y

utilizacin de papel (por ejemplo, la produccin de madera, manufactura de papel, transporte de

madera y papel, aprovechamiento de papel, etc.). Para la fabricacin de una tonelada de papel

virgen se necesitan 7600 kwatts/h.

3.- Energa y Materia Prima necesaria para la Fabricacin de Papel

Tomando en consideracin que el uso de energa tiene mucha influencia en el consumo de

los recursos naturales (carbn, petrleo y gas), la generacin de contaminantes del aire

(partculas, SO2, NOX, gases de invernadero) y el consumo de agua, se recomienda una reduccin

del equilibrio de energa global para la manufactura de papel.


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Figura 2.2.- Energa y materiales necesarios para producir una tonelada de papel y su

reutilizacin.

4.- Demanda de agua potable

Dependiendo de la tecnologa aplicada para la produccin de pasta Kraft o de madera, el

consumo de agua potable vara en gran medida. Mientras que las tecnologas anteriores

consumen hasta 400 m3

de agua por tonelada de papel, los procesos modernos con circuitos de

agua ms o menos cerrados requieren solamente 20 a 50 m3de agua por tonelada de papel. En

comparacin, con aproximadamente 5 m3de agua por tonelada de papel, la produccin de papel

reciclado requiere la cantidad ms reducida de agua potable.

5.- Cantidad y contaminacin de aguas residuales

El uso de grandes cantidades de agua potable durante la produccin de papel, genera

grandes cantidades de aguas residuales con una gran variedad de contaminantes. Los pasos del

proceso de eliminar la corteza de la madera, la separacin de las sustancias adhesivas como la

lignina, la eliminacin de tinta y otras impurezas de la pasta del papel de desecho, y el blanqueo


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de la pasta de tanto fuentes primarias como secundarias son relevantes para la generacin de las

aguas residuales.

Se reconocen diez contaminantes diferentes de las aguas residuales de molinos de papel que

son considerados peligrosos. Los ms importantes son los compuestos de cloro orgnico que

provienen de los procesos de blanqueo con cloro (por ejemplo, cloroformo, tetracloroetano,

clorobenceno, clorofenol, cido cloroactico, dioxinas y furanos, bifenileno post-clorado). Con

frecuencia, stos son altamente txicos, estables durante perodos largos y se acumulan en la

biomasa.

Figura 2.3.- Cantidades de energa, agua y rboles necesarios para la produccin de papel de

distintas calidades y reciclado.

2.8.2.- Las Enormes Ventajas del Reciclaje de Papel

Evita la deforestacin masiva de los bosques. Una tonelada de papel reciclado evita la tala

de 17 rboles adultos (de aprox. 15 aos de edad).

La produccin de papel reciclado a partir de un 100 % de papel de desecho no requiere

madera.


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Reciclar una tonelada de papel permite ahorrar 20 m3litros de agua y 4000 kWh

Ahorro energtico. El proceso de fabricacin de papel y cartn a partir de fibras

celulsicas recuperables supone un ahorro de energa del 70%: eso significa 390.000

toneladas de petrleo al ao.

Si se reciclara la mitad del papel usado en el planeta se salvaran 8 millones de hectreasde bosque al ao, se evitara el 73% de la contaminacin y se obtendra un ahorro

energtico del 60%.

Reciclar todo el papel que se produce durante un ao equivale a ahorrar 33% de la energa

que se necesita para renovarlo.

Dependiendo de la calidad y limpieza del papel de desecho, aproximadamente un 75 a

95% del mismo puede convertirse en nuevos productos de papel.

Figura 2.4.-Ahorros obtenidos en la fabricacin de pasta reciclada.

2.9.- Propiedades del Papel

La gran diversidad de tipos de papeles y sus propiedades requiere de un alto nmero de

mtodos de prueba. Algunas propiedades son importantes para cualquier tipo de papel, como el


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peso base y el espesor, y los mtodos para su medicin son de uso generalizado. Otros mtodos

se han desarrollado para asegurar el comportamiento adecuado de papeles especiales y tienen una

aplicacin limitada.

Las propiedades de un papel en particular, dependen en un alto grado de su contenido de

humedad. El papel es un material higroscpico y entra en equilibrio con la humedad del ambiente

que lo rodea, variando as su contenido de humedad.

Cuando se quieren obtener resultados reproducibles, las muestras de papel deben

acondicionarse en un ambiente acondicionado a 23 +/-1 C de temperatura y 50 +/- 2% de

humedad relativa, de acuerdo con TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry).

El contenido de humedad de equilibrio, para la mayora de los papeles, cuando quedan expuestos

a un ambiente con estas condiciones, est entre 7 y 9% en peso de humedad real en el papel.

No se puede generalizar sobre los efectos de la humedad relativa en las propiedades del

papel, los cambios dependen de la composicin fibrosa, el grado de refinacin, los aditivos

agregados y el tratamiento de la superficie de la hoja, sin embargo, los cambios que se dan, se

mantienen dentro de variaciones razonables sobre lo que se podra esperar.

Por ejemplo, al aumentar la humedad relativa del ambiente en el que se acondicionan

muestras de papel, se observa que aumenta la elasticidad y con ella, las resistencias al rasgado y

al doblez, en cambio, disminuyen las resistencias a la explosin y a la tensin.

El papel fabricado tanto en mquinas fourdrinier (de mesa plana), como en mquinas de

formadores (de cilindros), tiene una estructura relativamente spera en el lado inferior, que queda

en contacto con la tecla de formacin, denominado lado tela y es ms liso en el lado superior

llamado fieltro.

La diferencia entre las dos caras del papel, en ocasiones se puede ver a simple vista,

doblando el papel de manera que se puedan observar las dos caras a la vez. Algunas de las

pruebas fsicas y pticas se deben realizar por cada una de las dos caras del papel,

independientemente. En general las caras tela y fieltro del papel se deben tener en cuenta durante

su uso. Por ejemplo, en el caso de formas que sern impresas por un slo lado, se obtendrn

mejores resultados imprimiendo el lado del fieltro (ms liso).

El papel tiene dos sentidos, debido a la mayora orientacin que sufren las fibras en la

direccin en que corre la mquina y tambin al esfuerzo de tensin que se aplica al papel durante


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el prensado y el secado. Se denominan sentido de fabricacin o de mquina (SF o SM) y sentido

transversal (ST).

Cuando el papel ha sido hecho en mquina de formadores, esta diferencia es ms marcada

que cuando ha sido hecho en mquina fourdrinier, debido a que en esta ltima, la distribucin de

las fibras es ms aleatoria y en las de formadores mayor cantidad de fibras quedan orientadas en

SF.

La relacin de las propiedades del papel de SF a ST, la resistencia a la tensin, es de 1,5 a 2

veces si proviene de mquinas fourdrinier, en cambio si fue fabricado en mquinas de

formadores, puede ser de 5 veces o ms.

Lo anterior deber tenerse en cuenta segn el uso, por ejemplo: al imprimir las cartulinas

plegadizas para hacer cajas, en las que la rigidez es muy importante y vara mucho segn el

sentido del papel, especialmente si son de mquinas de cilindros.

Al imprimir el papel por el proceso offset es importante que el sentido de fabricacin o hilo

del papel sea paralelo al lado ms largo de la hoja, de manera que quede paralelo al eje de los

cilindros de la prensa, para evitar problemas de registro debidos a falta de estabilidad

dimensional, acentuada al existir humedecimiento del papel en el proceso.

El papel se expande menos en sentido de fabricacin que en sentido transversal y el

crecimiento de la hoja se puede compensar cambiando el dimetro de la mquina, cuando el

papel viene cortado como se indic, cosa que de lo contrario es imposible.

Las pruebas nos proporcionan mayor informacin sobre la calidad del papel y nos dan base

para estimar cmo ser su comportamiento durante la transformacin y el uso para el cual est

destinado.

Es conveniente dividir las pruebas fsicas del papel en cuatro grupos para su mejor

entendimiento, estos son:


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Tabla 2.2.- Pruebas fsicas del papel

Pruebas Fsicas del PapelPropiedades Mecnicas yde Resistencia Propiedades De la Superficie

PropiedadesOpticas

Permeabilidad a losFluidos

Peso Base Porosidad Blancura Absorcin de agua

Espesor Lisura o Rugosidad Opacidad Penetracin de Aceite

Densidad Aparente Resist. de la sup. al levantamiento Brillo Resist. Al paso del Aire

Volumen Esp. Aparente Color

Resistencias


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2.10.- Fenomenologa Trmica.

2.10.1.- Mtodos de Transferencia de Calor

Segn lo establece la Ley de la Termodinmica el calor como energa se desplaza desde unpunto de mayor a menor energa, vale decir, desde un cuerpo con mayor calor a uno ms fro

hasta que alcanza el equilibrio trmico. As mismo se establecen tres tipos de transmisin de

calor las cuales son por conduccin, radiacin y conveccin.

Cuando una pared opaca y homognea se coloca entre dos ambientes a diferente

temperatura, se produce una transferencia de calor de la cara caliente a la fra.

Dicha transmisin se produce en varias fases:

Del aire interior (ambiente ms caliente) a la cara interna de la pared.

A travs de la pared.

De la cara externa de la pared al aire exterior (ambiente ms fro).

La transmisin a travs de la fase 2 se produce por conduccin, mientras que en las fases 1

y 3 por conveccin y radiacin.

Figura 2.5.-Transferencia de calor a travs de una superficie.


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2.10.1.1.- Por Conveccin

Esta forma de propagacin es propia de los fluidos (lquidos y gases). Las molculas en

contacto con un cuerpo a temperatura ms alta A se calientan, disminuyendo su densidad y

desplazndose por gravedad. Si a su vez entran en contacto con un cuerpo ms fro B, ceden

calor, aumentando su densidad y desplazndose en sentido contrario, formndose as un ciclo de

conveccin.

2.10.1.2.- Por Radiacin

La radiacin est constituida por ondas electromagnticas de diferentes longitudes.

Mientras las dos formas de transmisin anteriores (conduccin y conveccin) necesitan de un

soporte material; la transmisin por radiacin puede realizarse en el vaco.

Todos los cuerpos, incluso a temperaturas bajas, emiten calor por radiacin y la cantidad de

calor irradiado aumenta cuando se eleva la temperatura del cuerpo.

Por ello, cuando un cuerpo se encuentra en presencia de otro ms caliente, absorbe ms

energa de la que emite y viceversa, siendo la cantidad transmitida la diferencia entre la emitida

por ambos.

2.10.1.3.- Por Conduccin

En este caso el calor se transmite de molcula a molcula sin cambio aparente de materia,

por lo que esta forma de cambio de calor interesa esencialmente a los slidos.

La elevacin de temperatura aumenta la excitacin de las partculas ms elementales de la

materia, transmitindose dicha excitacin a las ms prximas de su entorno y con ello su energa

calorfica, continundose el proceso en el cuerpo en cuestin de la zona ms caliente a la ms

fra.

Por lgica se comprende que cuanto ms denso, compacto y pesado es un cuerpo, ms

prximas estn las molculas entre s y, por tanto, el cambio se realiza con mayor facilidad.


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La conduccin trmica es la rapidez de flujo de calor a travs de un rea unitaria, de una

superficie a otra, cuando existe una diferencia de temperatura entre dos cuerpos y condiciones

estables. La velocidad del flujo trmico a travs de una placa de espesor unitario puede calcularse

con la expresin:

Q= K A( t2t1) (2.1)

Donde:

Q = rapidez de flujo trmico (Watt)

K =coeficiente de conductividad de un material por unidad de medida

A = rea superficial, perpendicular al flujo, m2.

t2 = temperatura, en el lado caliente de la placa, C

t1 = temperatura, en el lado fro de la placa, C

Figura 2.6.-Flujo de calor a travs de una superficie unitaria.


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2.10.2.- Coeficiente de Conductividad Trmica

La cantidad de calor transmitido por unidad de tiempo y rea no solo depende del espesor

de la pared y del gradiente de temperatura DT = t1-t2 si no tambin de las propiedades propias

del material en cuanto a su aptitud para conducir el calor y que se denomina conductividadtrmica.

La conductividad trmica se define como la cantidad de calor que pasa en la unidad de

tiempo a travs de la unidad de rea de una muestra de extensin infinita y caras plano-paralelas

y de espesor unidad, cuando se establece una diferencia de temperatura entre sus caras de un

grado y su unidad de medida es kcal/m h C (W/mC).

El valor de la conductividad trmica de un material puede depender de la temperatura y de

una serie de factores tales como la densidad, porosidad, contenido de humedad, dimetro de fibra,

tamao de los poros y tipo de gas que encierre este.

Cuando el material aislante no es istropo se necesita indicar la direccin de propagacin

del flujo calorfico; por ejemplo, para una muestra de madera hay que indicar si se refiere a la

direccin normal a la fibra o paralela a ella.

Cuando el material est constituido por una sustancia porosa o similar, con poros y espacios

libres relativamente pequeos y distribuidos en la masa del material de un modo prcticamenteuniforme (sustancias macroscpicamente homogneas), la definicin de dada anteriormente

permanece vlida, pero toma el significado de un coeficiente de conductividad de una sustancia

ficticia equivalente para las mismas temperaturas de la sustancia en examen.

Si, por otro lado, estos materiales son permeables al aire (particularmente en el caso de los

materiales granulares, filamentosos, etc.) las diferencias de temperatura provocan movimientos

convectivos que dependen de las caractersticas geomtricas y puede llegar a no ser despreciable

su influencia en la propagacin del calor.

Para los materiales susceptibles de absorber agua, o los materiales higroscpicos, es

necesario distinguir si stos estn en estado seco o, en caso contrario, en qu estado de humedad

se encuentran. En los aislantes hmedos la propagacin del calor puede modificar la distribucin


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de la humedad por efecto de los fenmenos de difusin interna acompaados de evaporaciones y

condensaciones.

Debido a los movimientos de la humedad dentro de los materiales, los ensayos

experimentales requieren que los elementos a estudio estn secos, y cuando stos no lo estn

suficientemente darn resultados errneos.

La resistividad trmica es la inversa del coeficiente de conductividad trmica y la unidad de

medida es: m h C/kcal (m C/W).

R= 1/ l (2.2)

Por otra parte la conductancia trmica tambin est relacionada con el coeficiente de

conductividad trmica se define como: La cantidad de calor transmitida a travs de la unidad de

rea de una muestra de material o de una estructura de espesor L, dividida por la diferencia de

temperatura entre las caras caliente y fra, en condiciones estacionarias. La unidad de medida es:

kcal/h m2 C (W/m2 C).

C= l / L (2.3)

Cuando las caras caliente y fra no constituyan dos superficies planas paralelas es necesario

aclarar en qu condiciones se da la conductancia trmica.

La conductancia trmica depende del espesor L del material, mientras la conductividad se

refiere a la unidad de espesor del material.

2.10.3.- Resistencia Trmica

Para determinar la resistencia trmica total de una pared que separa dos ambientes a

diferentes temperaturas, no solo se debe tener en cuenta la resistencia trmica interna de dicha

pared, sino tambin otras resistencias suplementarias, denominadas resistencias trmicas

superficiales interna y externa (rsi y rse) debidas a las dificultades de cambios de calor entre la

pared y el aire (transferencias de calor por conveccin y radiacin).


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Figura 2.7.-Resistencias superficiales.

Los subndices se y si, coeficientes superficiales indican la cara exterior o interior del

cerramiento, y estos subndices se pueden definir como la transmisin trmica por unidad de rea

hacia o desde una superficie en contacto con aire u otro fluido, debido a la conveccin,

conduccin y radiacin, dividido por la diferencia de temperatura entre la superficie del material

y la temperatura seca del fluido. En el caso del ambiente de un local, ser la temperatura seca del

mismo, cuando ste est saturado y en reposo, en condiciones de estado estacionario.

El valor del coeficiente superficial depende de muchos factores, tal como el movimiento del

aire u otro fluido, las rugosidades de la superficie y la naturaleza y temperatura del ambiente y su

unidad de medida es: kcal/m2h C (W/m

2C).

El reciproco de este coeficiente se define como la resistencia trmica superficial y su valor

depende principalmente del sentido del flujo de calor y de la situacin exterior o interior de las

superficie.


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Tabla 2.3.-Resistencia trmica de superficie en m2*K/W

Los valores de Rsi y Rse se han obtenido experimentalmente por el mtodo de la norma

NCh 851 Of. 1983, Aislacin Trmica, Determinacin de coeficientes de transmisin trmica

por el mtodo de la cmara trmica.

La Resistencia trmica interna es propia de cada material que compone una estructura

divisorio de ambiente, y depende del coeficiente de conductividad trmica y del espesor de la

estructura.

R=L/ l (2.4)

De esta forma la resistencia trmica total de una pared simple ser:

Rt = rse+ R + rsi (2.5)

La resistencia trmica de una estructura compuesta por ms de un material queda definida

como la suma de las resistencias trmicas parciales de cada capa, adems de las resistencias

superficiales.


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Figura 2.8.-Resistencia trmica total a travs de una pared compuesta.

Se calcula mediante la siguiente ecuacin:

Rt = rsi+ R1 + R2 + R3 + rse = 1 + L1 + L2 + L3 + 1 (m2K/W) (2.6)

hi 1 2 3 he

2.10.4.- Coeficiente de Transmitancia Trmica

El coeficiente total de transmisin trmica tambin llamado a veces transmitancia o

coeficiente de transmisin trmica aire-aire difiere de la conductancia en que, para sta, la

diferencia de temperatura se mide entre las dos caras, mientras que para la transmitancia esta

medida se realiza entre los dos ambientes a ambos lados de la muestra. De esta manera la

transmitancia trmica comprende la conductancia y los coeficientes superficiales de transmisin

de calor.

Considerando un cerramiento con caras isotermas, que separa dos ambientes, tambin

isotermos, el coeficiente total de transmisin trmica es el flujo de calor por unidad de superficie

(de una de las paredes o de otra superficie interna convencionalmente elegida) y por grado de

diferencia de temperatura entre los dos ambientes.


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Al calcular el flujo trmico a travs de una serie de materiales diferentes sus resistencias

individuales deben calcularse para obtener la resistencia total Rt el coeficiente de transmitancia

trmica esta dado, entonces por el reciproco de la resistencia total.

U = 1 / Rt (2.7)


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2.11.- Principales aislantes trmicos en Chile.

2.11.1.- Aislacin Trmica

Un aislante trmico es un material usado en la construccin y la industria y caracterizado

por su alta resistencia trmica. Establece una barrera al paso del calor entre dos medios que

naturalmente tenderan a igualarse en temperatura, impidiendo que entre o salga calor del sistema

(como una vivienda o una nevera).

Uno de los mejores aislantes trmicos es el vaco, en el que el calor slo se trasmite

por radiacin, pero debido a la gran dificultad para obtener y mantener condiciones de vaco se

emplea en muy pocas ocasiones. En la prctica se utiliza mayoritariamente aire con

baja humedad, que impide el paso del calor por conduccin, gracias a su baja conductividad

trmica, y por radiacin, gracias a un bajo coeficiente de absorcin.

El aire s transmite calor por conveccin, lo que reduce su capacidad de aislamiento. Por

esta razn se utilizan como aislamiento trmico materiales porosos o fibrosos, capaces de

inmovilizar el aire seco y confinarlo en el interior de celdillas ms o menos estancas. Aunque en

la mayora de los casos el gas encerrado es aire comn, en aislantes de poro cerrado (formados

por burbujas no comunicadas entre s, como en el caso del poliuretano proyectado), el gas

utilizado como agente espumante es el que queda finalmente encerrado. Tambin es posible

utilizar otras combinaciones de gases distintas, pero su empleo est muy poco extendido.

2.11.2.- Materiales aislantes

Los aislantes trmicos son materiales de la construccin que se caracterizan principalmente

por su baja conductividad trmica, esto quiere decir que se oponen al flujo de calor, que se

produce entre el medio ambiente y los materiales y por consiguiente una baja conductividad

trmica, de tal manera que imposibilita la entrada o salida de calor controlndola cuando exista

un exceso de temperatura.

Para la fabricacin de un sistema aislante se deben considerar dos condiciones:


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1.- La transmitancia trmica o acstica debe ser igual o menor, o una resistencia trmica o

acstica total igual o superior a la especificada para un sector o recinto especfico.

2.- El material debe tener muy buenas propiedades aislantes tanto acstica y/o trmica.

Los aislantes trmicos se presentan en forma de: placas rgidas o flexibles, grnulos, fibras

o espumas, los cuales son colocados en la cara exterior, interior o inferior del propio muro con elfin de aumentar la capacidad aislante de este y darle un valor extra al muro del recinto que est

separando.

Existen muchos tipos de aislantes en el mercado, algunos mejores que otros

cuantitativamente pero si comparan sus caractersticas se puede apreciar que cada uno cumple

una funcin especfica gracias a sus cualidades nicas para distintos tipos de ambiente, factores

econmicos o de otra naturaleza.

2.11.2.1.- Poliestireno expandido

Figura 2.9.- Fragmento de Poliestireno Expandido.

Tambin conocido como corcho blanco, aislapol, poliespano plumavit, es un material

plstico celular y rgido, la capacidad de aislamiento que posee este material se debe a la propia


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estructura del material el cual consiste en aire ocluido (correspondiendo al 98%) dentro de una

estructura celular que es el poliestireno (2%).

2.11.2.1.1.- Propiedades y aplicaciones

Su cualidad ms destacada es su higiene al no constituir sustrato nutritivo para

microorganismos. Es decir, no se pudre, no se enmohece ni se descompone. Su fabricacin con

bajo coste energtico y sin elementos contaminantes lo hace popular en las construcciones.

Baja absorcin de agua:lo que permite mantener las propiedades trmicas y mecnicas sin

que se vean afectadas por la accin de la humedad (de ah que el poliestireno expandido sea un

excelente material aislante con prestaciones superiores a materiales que no tienen este

comportamiento frente a la humedad).

Una de las aplicaciones del poliestireno expandido (PE) es la de aislante trmico y acstico

en el sector de la construccin, utilizndose como tal en fachadas, cubiertas, suelos, etc. adosado

de un hidrorepelente cubierto por nada ms que tierra apisonada. Tambin en morteros especiales

interiores para brindar capacidades aislante a las terminaciones.

Este material presenta un elevado ndice de absorcin de energa en caso de cada e

impacto. Se convierte as en el material idneo para proteger los productos sensibles durante el

transporte y almacenamiento.

Con densidades que oscilan entre los 10-35 kg/m3

y que permiten construcciones ligeras

pero seguras.

Son ligeros, los productos de poliestireno expandido tienen una alta capacidad de

resistencia mecnica, siendo esto importante para determinadas aplicaciones donde se exija esta

caracterstica (por ejemplo: aislamiento de cubiertas bajo carga, suelos bajo pavimento, etc.).

Facilidad de manipulacin e instalacin:es un material que se puede trabajar con las

herramientas habituales en obra y as garantizar perfectos acabados y ajustes. Por otro lado, su

bajo peso permite facilidad de transporte de los materiales en la obra y grandes economas en la

instalacin.

Versatilidad: ya que puede presentarse en multitud de formas y tamaos que se ajusten a las

necesidades especficas de la construccin.


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Resistencia qumica:los materiales de poliestireno expandido son perfectamente

compatibles con los materiales comnmente empleados en la construccin como los cementos,

yesos, cales, agua dulce o salina, etc.

Resistencia al envejecimiento: todas las propiedades mencionadas se mantienen durante la

vida til del material que ser tan larga como la de la propia construccin a donde va asociado.Los productos de poliestireno expandido no se ven alterados por los agentes externos ni por la

accin de hongos o parsitos que no encuentran en este material soporte nutritivo alguno.

La desventaja de este tipo de material es que la forma de instalar es mediante planchas

continuas lo ms uniformemente posible, lo que suele ser un tanto ineficaz en estructuras ms

complejas y no tan verticales como muros o de difcil acceso, ya que hara romper la plancha al

tratar de instalarse pues son muy frgiles a mayor espesor.

2.11.2.1.2.- Proceso de elaboracin.

Figura 2.10.-Perla normal y expandida

La fabricacin del material se realiza partiendo de compuestos de poliestireno en forma de

perlas

que contienen un agente de expansin.

Pre-expansin: La materia prima (millones de pequeas esferas que semejan "perlas") se

calienta con vapor de agua, en unos equipos denominados pre-expansores, a una temperatura

entre 80 y 100 C. La densidad del material disminuye drsticamente y durante este proceso las

"perlas" compactas de materia prima se convierten en "perlas" de plstico celular con una

estructura interior de pequeas celdillas rellenas de aire.


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Despus de una pre-expansin, las perlas se mantienen en silos de reposo y posteriormente

son conducidas hacia mquinas de moldeo. Al enfriarse las partculas recin expandidas se crea

un vaco en su interior que es preciso compensar con la penetracin de aire por difusin. Dentro

de dichas mquinas se aplica energa trmica para que el agente expansor que contienen las

perlitas se caliente y stas aumenten su volumen, a la vez que el polmero se plastifica. Durantedicho proceso, el material se adapta a la forma de los moldes que lo contienen. En la construccin

lo habitual es comercializarlo en planchas de distintos grosores y densidades.

2.11.2.2.- Lana de vidrio

Figura 2.11.-Rollo de lana de vidrio.

La lana de vidrio es una lana mineral. Fabricada con millones de filamentos de vidrio

unidos con un adhesivo, semejante al algodn de azcar, y el principio de aislacin trmica queutiliza es muy similar al anterior ya que las burbujas de aire atrapadas en las fibras impiden la

transmisin trmica.

La lana de vidrio ofrece un muy bajo costo logstico y de instalacin. Las principales

razones de estas grandes ventajas de la lana mineral de vidrio son:


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Los rollos que se venden de lana mineral de vidrio son mucho ms comprimibles. Esto

quiere decir que son necesarios menos rollos de lana mineral de vidrio para aislar la misma

superficie. Dicho de otra forma un rollo de 1 m3puede instalarse en 3 m

3.

La facilidad de ajuste de la lana de vidrio no requiere tanta medicin, lo que permite

ahorrar mucho tiempo.


Se aplica en cerramientos verticales, cubiertas inclinadas, tabiques divisores interiores,

aislamiento de techos, conductos de aire acondicionado, aislamiento acstico para suelos y

aislamiento acstico para cielos entre otros.

La lana de vidrio es un material aislante muy eficiente y de fcil manejo, el material es

ideal para aislar acsticamente y presenta un muy buen equilibrio ambiental (Referido a las

emisiones de CO2).

Excelente coeficiente de conductividad trmica, que oscila de 0,028 a 0,036 kcal./m.h.C,

segn tipos.

Qumicamente inertes. No corrosivos en contacto con los metales. Inatacables por agentes

qumicos (excepto al cido fluorhdrico y bases concentradas).

Imputrescible e inodoros, livianos, de difcil manipulacin y corte.

No constituye un medio adecuado para el desarrollo y proliferacin de insectos y

microorganismos.

No giroscpicos.

Su dbil calor especfico permite puesta en rgimen, rpidas en instalaciones

intermitentes.

Es incombustible (sin revestimiento) y no desprende gases txicos ni irritantes.

Aplicacin: las mantas de lana de vidrio se colocan sobre superficies horizontales o

inclinadas sin cargas, solapando unas con otras mediante la lengeta de que van provistas,

perfectamente al tope. En las uniones transversales se debe realizar un traslapo de 6 cm.; sellando

la junta de forma continua, mediante fijaciones o cintas adhesivas de materiales no transmisores.

Los paneles se colocaran a tope, sellando las juntas con materiales, para la formacin de

falsos techos aislantes.


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Es ideal, tanto para obras nuevas como para refacciones o reciclados. Su uso tambin est

indicado para cajas de ascensores y escaleras.

Aumenta el aislamiento trmico y acstico de muros exteriores y tabiques interiores,

separadores de lugares fros, mejorando notablemente el nivel de confort.


La fabricacin de la lana mineral de vidrio empieza mezclando arena, vidrio reciclado y

aditivos y fundindolos en un horno para formar vidrio propiamente tal.

Despus, se realiza un proceso para convertir dicha mezcla en fibras la cual se realiza

sometiendo la mezcla a una alta velocidad en una centrifuga la que separa el vidrio fundido en

millones de filamentos, que tras ser rociadas con una solucin adhesiva se acumulan sobre una

cinta transportadora.

El producto resultante se transporta a travs de un horno de curado y se corta a la medida

correspondiente.

2.11.2.3.- Aislante de celulosa

Figura 2.12.-Celulosa proyectada en muros.


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Es un aislante cuyo uso est aumentando debido a que se le considera un producto

ecolgico, un potente aislante invernal, un muy buen aislante debido a su capacidad de

almacenamiento de calor y adems debido a su elevada porosidad se utiliza tambin como

aislante acstico.

Es un aislante ecolgico porque se comporta con total naturalidad como la madera, quetiene la ventaja de conservar el frescor de la maana y transmitirlo hasta 12 horas despus, a lo

largo del da, por lo que es usado como aislamiento estival.

Como aislamiento acstico su alta porosidad lo instala entre los mejores materiales

aislantes. Como aislamiento en general su mayor ventaja es la de repartirse muy bien en todas las

cavidades, sellando todas las juntas y espacios en el que se pueda generar corrientes de aire. Ello

hace que el efecto del aislamiento se sienta con ms intensidad y efectividad, por un lado por el

propio material aislante y por otro, porque impide el paso del aire.


Existen dos modos de aplicar un aislante de celulosa, en seco y en hmedo.

En seco se suele aplicar en la rehabilitacin de edificios, se sopla mediante unas mquinas a

unos 3 4 bares de presin dentro de las cavidades del edificio. De este modo se puede aplicar en

cmaras de ventilacin, buhardillas, espacios cerrados por falsos techo de escayola o cartn yeso,

trasdosados, sobre forjados, bajo cubiertas de palomeros, etc.

En hmedo se aplica en obra nueva mediante finas toberas de chorro de agua que

humedecen la celulosa proyectada. Su conductividad para la transmisin del flujo trmico es de

solo 0,039 W/(mK)

El aislante de celulosa cumple con estrictos estndares de aislacin trmica, absorcin

acstica, auto extincin y corrosin, repele efectivamente roedores e insectos, incluyendo a la

termita subterrnea.

Posee propiedades efectivas de control de pestes de una gran cantidad de especies de

insectos.

Al instalarse se reduce o elimina la necesidad de uso regular de pesticidas altamente txicos

para el control de insectos.

No tiene olor, no es txico para personas o animales domsticos, no emite gases irritantes y

est libre de asbesto o de fibra de vidrio.


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Evita la aparicin de hongos y no permite la anidacin de roedores.


El retardador de fuego que se le agrega a la fibra de celulosa en el proceso de mezcla esesencialmente cido brico y brax.

El cido brico es un compuesto ligeramente cido. Es utilizado como antisptico,

insecticida, retardante del fuego y precursor de otros compuestos qumicos. Es usado tambin

como agente tampn para la regulacin del pH.

El brax es un compuesto importante del boro. Es un cristal blanco y suave que se disuelve

fcilmente en agua. Si se deja reposar al aire libre, pierde lentamente su hidratacin y se

convierte en tincalconita (Na2B4O7*5 H2O). El brax comercial generalmente se deshidrata en

parte.

El brax se origina de forma natural en los depsitos de evaporita producidos por la

evaporacin continua de los lagos estacionarios. Tambin se puede sintetizar a partir de otros

compuestos del boro.

Lo que se logra deducir es que ambos compuestos, el cido brico y el brax, en cantidades

determinadas por los mismos fabricantes que no superan el 20%, son los responsables del retardo

del fuego y de la no aparicin de los agentes biolgicos que atacan a los elementos constructivos

ya sea ste aislacin de muros o techos, o capa protectora (revestimiento) de ciertas estructuras.

2.11.2.3.3.- Mercado.

Algunas de las principales empresas donde poder adquirir este material: Empresas

Becton ubicada en la comuna de Maip, en Santiago de Chile; empresas Protermo ubicada en

la comuna de Vitacura, en Santiago de Chile; Celestron Ltda. Ubicada en la comuna de

Vitacura, en Santiago de Chile.

Se ha ejecutado este tipo de material en tabiques divisorios interiores de canales de

televisin, como CNN noticias, Canal 13 y CHV. Tambin se realiz en tabiques divisorios

interiores de la Clnica las Condes.

( Juan Villegas, asistente de ventas empresas Becton S.A., 2011)


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Figura 2.13.- Construccin Clnica las Condes, en la cual se us aislacin proyectada de celulosa

en tabiques divisorios interiores.

Figura 2.14.- Interior de canal de televisin CHV, en el cual se us aislacin proyectada de

celulosa.


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2.11.2.4.- Espuma de poliuretano

Figura 2.15.-Espuma de Poliuretano.

La espuma de poliuretano es un material plstico poroso formado por una agregacin de

burbujas. Se forma bsicamente por la reaccin qumica de dos compuestos, un poliol y un

isocianato, aunque su formulacin necesita y admite mltiples variantes y aditivos. Dicha

reaccin libera dixido de carbono, gas que va formando las burbujas.Bsicamente, y segn el sistema de fabricacin, se pueden dividir los tipos de espumas de

poliuretano en dos tipos:

Espumas en caliente: son las espumas que liberan calor durante su reaccin, fabricadas en

piezas de gran tamao, destinadas a ser cortadas posteriormente. Generalmente son las ms

baratas, las ms utilizadas y conocidas por el pblico.

Espumas en fro: son aquellas que apenas liberan calor en la reaccin, se utilizan para crear

piezas a partir de moldes; como rellenos de otros artculos; como aislantes, etc. Normalmente

suelen ser de mayor calidad y duracin que las espumas en caliente, aunque su costo es bastante

mayor.


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La espuma de poliuretano es un material muy variable ya que, segn los aditivos y los

sistemas de fabricacin utilizados, se pueden conseguir caractersticas muy distintas y espumas

destinadas a usos muy diferentes.Desde los bien conocidos bloques de espuma elstica para colchones hasta espumas casi

rgidas para juguetera, automocin o calzados.

La espuma de poliuretano tiene mltiples usos actualmente, principalmente en la

construccin la podemos ver como aislante trmico o como relleno.

La espuma de poliuretano tiene una elevada capacidad aislante debido a la baja

conductividad trmica que posee, el cual se sita en 0,022 W/mK, aunque este vara durante

nueve meses donde se considera un valor de 0,028 W/mK.

La espuma de poliuretano presenta una gran resistencia frente a los efectos del paso del

tiempo y tiene una larga vida til, mantenindose sin deteriorarse durante ms de 50 aos.

La espuma de poliuretano rgida es un material aislante muy eficiente, ya que requiere un

mnimo espesor par

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Papel reutilizado como material aislante