PYKRETE
ELENA GÚTIEZ GARCÍA INSTITUT ESCOLA DEL TREBALL PYKRETE MODULO 08 MATERIALES CFGS DE DEISEÑO ES CONSTRUCCIÓNES MECANICAS CERDAÑOLA DEL VALLES DOMINGO 10 DICIEMBRE 2018
Contenido 1. Introducción .............................................................................................................................................. 3 2.
Historia ...................................................................................................................................................... 3
3.
Obtención .................................................................................................................................................. 4
4. Propiedades de los elementos ...................................................................................................................... 4 4.1 Propiedades del agua .............................................................................................................................. 4 4.1.1 Físicas................................................................................................................................................ 4 4.1.2 Químicas ........................................................................................................................................... 4 4.2.1 Olmo ..................................................................................................................................................... 5 Físicas
Tecnológicas ...................................................................................................................... 5
Esfuerzos .................................................................................................................................................... 5 4.2.2 Castaño ................................................................................................................................................. 5 Físicas
Tecnológicas ....................................................................................................................... 5
Esfuerzos .................................................................................................................................................... 5 4.2.3 Tejo ....................................................................................................................................................... 5 Físicas
Tecnológicas ............................................... 5
Esfuerzos .................................................................................................................................................... 5 4.2.4 Roble ..................................................................................................................................................... 5 Físicas
Tecnológicas ................................................ 5
Esfuerzos .................................................................................................................................................... 6 4.2.5 Olivo...................................................................................................................................................... 6 Físicas
Tecnológicas ......................................................................................................................... 6
4.2.6 Pino Rojo............................................................................................................................................... 6 Físicas
Tecnológicas ......................................................................................................................... 6
Esfuerzos .................................................................................................................................................... 6 ....................................................................................................................................................................... 6 4.2.7 Cedro .................................................................................................................................................... 6 Físicas
Tecnológicas ......................................................................................................................... 6
Esfuerzos .................................................................................................................................................... 6 ....................................................................................................................................................................... 6 4.2.8 Haya ...................................................................................................................................................... 6 Físicas
Tecnológicas ......................................................................................................................... 6
Esfuerzos .................................................................................................................................................... 6 4.3 Propiedades del Pykrete.......................................................................................................................... 7 Pykrete con serrín al 14% .......................................................................................................................... 7 Pykrete con serrín al 14% + fibras de madera ........................................................................................... 7
ELENA GÚTIEZ GARCÍA
1
5. Usos y aplicaciones ........................................................................................................................................ 7 6. Industrias ....................................................................................................................................................... 7 7. Otros .............................................................................................................................................................. 7 8. Webgrafía ...................................................................................................................................................... 8
ELENA GÚTIEZ GARCÍA
2
1. Introducción El pykrete es un material compuesto formado por hielo y fibras de madera, del tipo matriz orgánica según una clasificación por el tipo de matriz, clasificado según el tipo de fibras podría ser de los dos. En el pykrete la matriz es el hielo, mientras que las fibras son el serrín, hojas de periódicos o revistas. He mencionado antes que según fibras podría ser de los dos tipos porque dependiendo que se use para hacer la parte de pulpa de madera. Dependiendo de que madera se use para obtener la pulpa las propiedades físico-químicas varían ligeramente.
2. Historia Es un material que surgió durante la segunda guerra mundial, como parte del proyecto Habakkuk de crear portaaviones más grandes y ligeros para confrontar a la flota japonesa, ya que el acero escaseaba en las potencias aliadas. La idea de hacer barcos con hielo se le ocurrió a Geoffrey Pyke, “ Ice will win the war ” El hielo ganará la guerra es lo que dijo. Al principio pensaron en usar hielo del atlántico Norte, pero resquebrajaba con el peso de los aviones de guerra, tampoco podían usar hielo echo artificialmente ya que es menos duro que el hielo Antártico.
Uno investigadores New Yorkinos se cuenta que añadiendo un 14% de serrín al hielo se endurecía de forma considerable; las primeras pruebas de construcción de portaaviones construidos con este nuevo material se llevaron a cabo en el lago “Rocky Mountains”. El prototi po de Porta-avión que se creó tenía paredes de 12 metros de grosor, podía desplazar más de 2 millones de toneladas y albergar 200 cazas o 100 bombarderos. Pero estos Ilustración 1: Geoffrey Pyke grandiosos portaaviones tenían ciertos problemas, como la temperatura a la que debían mantenerse para no derretirse o su maniobrabilidad, pero con el fin de la guerra cercano el proyecto llego a completarse, por lo que los portaaviones hechos de hielo y serrín nunca participaron en la segunda guerra mundial. Hay una historia, no sé si verídica, que dice que Lord Louis Mountbatten, en aquel momento el jefe de las operaciones conjuntas británicas, después de ver las capacidades del Pykrete fue a casa de Winston Churchill en Chequers Reino Unido, y mientras se tomaba un baño caliente le echo al agua un bloque de ese maravilloso nuevo material. Como Winston Churchill se quedó tan asombrado al ver que no se derretía decidió usar esa mezcla en la Segunda Guerra Mundial. Otra de las historias que se cuentan de Pykrete esta es al parecer más verídica, paso en la cumbre de Quebec el representante británico demostró la dureza de Pykrete frente a la del Hielo, primero golpeándola con un hacha, el bloque de hielo se rompió a trozos pequeños en cuanto el hacha entro en contacto con él; mientras que el hacha al entrar en contacto con el Pykrete revoto, saliendo disparado de las manos del oficial que la sujetaba. En ese momento Lord Mounbatten allí presente saco su revolver disparó contra el bloque, la bala en vez de impactar o destrozar el Pykrete revoto pasando tan cerca de un mariscal de la RAF que le rasgo los pantalones. En esa demostración salió herido el oficial que usaba el hacha ya que al salir disparada le disloco los dedos de las manos.
ELENA GÚTIEZ GARCÍA
3
El nombre de Pykrete es un juego de palabras entre el apellido del propulsor de la idea y “concrete” palabra inglesa para designar el hormigón.
3. Obtención El Pykrete es un material compuesto por serrín o pulpa de celulosa y agua. El porcentaje de serrín varia del 8 al 14% dependiendo de la fuente en donde se busque. La concentración de pulpa de celulosa más usada es 14% ya que es la que da mejores resultados. Pasos de su obtención para un litro de agua: Usando serrín: 1. Comprar serrín necesario. 2. Llenar un recipiente con 1 litro de agua. 3. Echar 140 cm³ de serrín en el recipiente con agua. 4. Mezclar 5. Congelar. Ilustración 2: Serrín usado para el Pykrete Usando pulpa de celulosa La pulpa de celulosa es el material que se obtiene justo antes de hacer papel así que para hacer Pykrete usando Pulpa de celulosa lo más normal es un papal de periódico o revistas. 1. Poner en un recipiente grande 140 cm³ de papel 2. Añadir un litro de agua 3. Mezclar 4. Congelar En ninguna de las fuentes da un tiempo exacto en el que las mezclas pasan en un congelador, tampoco dice las cantidades de material que usan. Así que el tiempo en el Congelador dependerá de la cantidad de material que quieras realizar. •
•
4. Propiedades de los elementos 4.1 Propiedades del agua
El agua es un elemento formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxigeno unido por un enlace de puentes de hidrógeno. En la naturaleza está presente en tres estados sólido, líquido y gaseoso. Los ejemplos más claros de agua en estado sólido son los icebergs en el Atlántico norte; el agua en estado líquido es el mar, los ríos, la lluvia; y ejemplos de vapor de agua serían las nubes. 4.1.1 Físicas
-Tensión superficial: La gran atracción que tiene las moléculas de la superficie de una masa de agua da como resultado una gran tensión en dicha superficie que pequeños invertebrados usan para poder andar. Al hacer una pequeña fuerza la capa superficial de moléculas se alarga para ofrecer resistencia a la rotura, si el peso es pequeño no conseguirá romper esa capa. - Viscosidad: La viscosidad del agua disminuye con el aumento de la temperatura. - Calor especifica: Es 1 cal/ºC*g en condiciones normales. Es un buen termorregulador, amortiguando y regulando les cambios bruscos de temperatura ya sean ambientales o corporales. Conductividad térmica: Aumenta ligeramente con la temperatura entre 0ºC y 100ºC. El agua pura conduce mal la electricidad ya que no pose iones cargados eléctricamente. 4.1.2 Químicas
Compresibilidad: La unión de puentes de hidrógeno mencionada anteriormente de las moléculas de agua forma una estructura compacta, que mantiene una distancia intermolecular más o menos fija, convirtiendo el agua en un líquido casi incompresible bajo presión. ELENA GÚTIEZ GARCÍA
4
Densidad: La densidad del agua es exacta y calculable por lo que se puede usar como medida de precisión. Gran acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, eso se debe a su capacidad de formar puentes de hidrógeno con otras sustancias sean polares e iónicas. - Reacciones: El agua tiene una gran capacidad para formar reacciones con otros elementos. - pH: El agua destilada tiene un pH de 7 que es neutro. Con un pH mayor a 9,5 no podrían vivir en él ni especies vegetales ni animales. Dureza: Es la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, por eso la dureza del agua depende de donde se ha conseguido la muestra de agua. 4.2 Propiedades físicas de la madera
Como las características físico químicas varían dependiendo del tipo de árbol del que se saca la madera para hacer serrín he decidido poner varios ejemplos de madera para ver diferentes tipos. 4.2.1 Olmo Físicas
Tecnológicas
- Densidad 650Kg/m³ - Dureza: 5,4 Esfuerzos
- Resistencia a la flexión: 1120 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 550 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: 680 Kg/cm² - módulo de elasticidad: 108750 Kg/cm² Ilustración 3: Propiedades tecnológicas del olmo
4.2.2 Castaño Físicas
Tecnológicas
- Densidad 590 Kg/m³ - Dureza: 2,5 Esfuerzos
- Resistencia a la flexión: 710 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 460 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: 1280 Kg/cm² - módulo de elasticidad: 100000 Kg/cm² 4.2.3 Tejo Físicas
Ilustración 4: Pro iedades tecnoló icas del castaño
Tecnológicas
- Densidad 650Kg/m³ - Dureza: 4,5 Esfuerzos
- Resistencia a la flexión: 850 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 570 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: -- Kg/cm² - módulo de elasticidad: 15700Kg/cm² Ilustración 5: Propiedades tecnológicas del tejo
4.2.4 Roble Físicas
Tecnológicas
- Densidad 710Kg/m³ ELENA GÚTIEZ GARCÍA
5
- Dureza: 5,8 Esfuerzos
- Resistencia a la flexión: 1070 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 580 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: 1070 Kg/cm² - módulo de elasticidad: 115000 Kg/cm² 4.2.5 Olivo Físicas
Ilustración 6: Propiedades tecnológicas del roble
Tecnológicas
- Densidad 950Kg/m³ - Dureza: - Esfuerzos - Resistencia a la flexión: 1600 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 750 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: – - Kg/cm² - módulo de elasticidad: – -- Kg/cm² 4.2.6 Pino Rojo Físicas
Ilustración 7: Propiedades tecnológicas del olivo
Tecnológicas
- Densidad 510Kg/m³ - Dureza: 1,9 Esfuerzos
- Resistencia a la flexión: 1057 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 406 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: 1020 Kg/cm² - módulo de elasticidad: 94000 Kg/cm² 4.2.7 Cedro Físicas
Ilustración 8: Propiedades tecnológicas del pino rojo
Tecnológicas
- Densidad 490Kg/m³ - Dureza: 2,0 Esfuerzos
- Resistencia a la flexión: 753 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 415 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: – - Kg/cm² - módulo de elasticidad: 90000 Kg/cm² 4.2.8 Haya Físicas
Ilustración 9: Propiedades tecnológicas del cedro
Tecnológicas
- Densidad 730Kg/m³ - Dureza: 4,0 Esfuerzos
- Resistencia a la flexión: 1100 Kg/cm² - Resistencia a la compresión: 580 Kg/cm² - Resistencia a la a la tracción: 680 Kg/cm² - módulo de elasticidad: 145000 Kg/cm² Ilustración 10: Propiedades tecnológicas del haya
ELENA GÚTIEZ GARCÍA
6
4.3 Propiedades del Pykrete
- Bajo índice de fusión: que permite que se conserve más tiempo en estado sólido que el hielo - Resistencia cercana a la del hormigón - Baja conductividad térmica - Es un material muy duro - Resiste muy bien a esfuerzos de compresión Bajo índice de fusión. Dureza cercana al hormigón. Resistencia a grandes tensiones gracias a su composición fibrosa. Los datos han sido cogidos de un trabajo realizado Ana Ribera Pastor en 2011 sobre la arquitectura sostenible. 2 probetas de 40x40x160mm Pykrete con serrín al 14%
Resistencia a compresión: 15,526 MPa Resistencia a flexión 4,334 MPa Pykrete con serrín al 14% + fibras de madera
Resistencia a compresión 161,3 kN = 16,13 MPa Resistencia a flexión 31,89 kN = 9,567 MPa 5. Usos y aplicaciones No tiene ni aplicaciones ni usos bien definidos, ya que es un material con propiedades muy versátiles. Se está empezando a usar para hacer replica de monumentos en hielo. Actualmente el Pykrete se usa como diana para grabar videos y subirlos a Internet, es un buen sustituto del hielo en épocas de calor. A la izquierda hay una imagen comparativa entre el hielo y el pykrete los dos han sido disparados con la misma arma. Esta es una demostración de los cientos de videos que hay en internet hecho por gente con armas probando Ilustración 11: Resistencia del hielo y el pykrete contra una bala la dureza del pykrete, echo de forma casera, contra la del hielo. En todos los casos gana la dureza del Pykrete porque como he mencionado anteriormente es similar a la del cemento 6. Industrias El Pykrete se inventó pensando en hacer portaaviones para la segunda guerra mundial, pero como el proyecto no llego a finalizarse no tiene uso para esa industria, o la industria de la construcción. Sin embargo, si tiene un uso para mantener las cadenas de frio ya que tarda más tiempo en derretirse. 7. Otros
las Segunda así como en los diarios que llevaban los militares de los proyectos armamentísticos creados en la Segunda Guerra Mundial.
Ha salido en varios programas de la tele como “MithBusters” y documentales sobre Guerra Mundial como “Aviones secretos aliados” y sale mencionado en varios libros,
ELENA GÚTIEZ GARCÍA
7
8. Webgrafía https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn114.html - ingemecanica http://www.historiasdelaciencia.com/?p=303 – Historia de la ciencia https://en.wikipedia.org/wiki/Pykrete – Wikipedia http://www.academia.edu/30881715/Evaluaci%C3%B3n_de_distintos_materiales_para_la_ela boraci%C3%B3n_del_pykrete_y_su_uso_para_conservar_la_cadena_de_fr %C3%ADo_Evalu ation_of_different_materials_for_the_production_of_pykrete_and_its_use_to_preserve_the_co ld_chain – Academia http://www.structuralice.com/pykrete-dome.html – Estructuralice http://www.uh.edu/engines/epi2720.htm – Uh http://www.spiegel.de/fotostrecke/geheimprojekt-habakuk-flugzeugtraeger-aus-eis-fotostrecke125526-12.html – Foto Pyke http://www.goodeveca.net/CFGoodeve/habakkuk.html - Goodeveca http://www.goodeveca.net/CFGoodeve/pykrete.html – Goodeveca http://www.combinedops.com/Geoffrey%20Pyke.htm - Combineops http://www.cabinetmagazine.org/issues/7/floatingisland.php – Cabinet Magazine https://www.youtube.com/watch?v=OzhFnNY0OQI – Shoting pykrete https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/11822/PROYECTO.pdf;jsessionid=C029DA2382D46 E5023B921350963C048?sequence=1 – Universidad Politecnica de Valencia https://es.slideshare.net/frankespulpo/propiedades-fsico-qumicas-del-agua – Silideshare https://www.caldaria.es/propiedades-agua/ - Caldaria https://www.lifeder.com/propiedades-fisicasquimicas-agua/ - lifeder https://agua.org.mx/propiedades-derl-agua/#accion-disolvente – Agua.org https://www.monografias.com/trabajos14/propiedades-agua/propiedades-agua.shtml#pr – Monografias http://normadera.tknika.net/es/content/propiedades-f%C3%ADsicas-de-la-madera – normadra http://normadera.tknika.net/es/content/fichas-t%C3%A9cnicas-de-especies-de-madera – normadra https://fq-experimentos.blogspot.com/2015/03/338-retrasar-la-fusion-del-hielo-con.html - http://www.acmor.org.mx/sites/default/files/010.%20PYKRETO.pdf – acmo.org https://www.ecosia.org/images/?q=serrin#id=04BD93E488061726F5FEBBDAFE0B34F96D3A8 C25
ELENA GÚTIEZ GARCÍA
8
ELENA GÚTIEZ GARCÍA
9
