Universitatea Politehnica din Bucuresti

Facultatea de Inginerie Mecanica si Mecatronica

Departamentul Termotehnica, Motoare, Echipamente Termice si Frigorifice

Aerogelul

Student: Andrei Tudurachi

Master: Sisteme si Echipamente Termice

Curs: Tehnologii de protectie a paletelor si tevilor

AEROGELUL

Pentru omul obisnuit tehnologia se rezuma adesea la dezvoltarea

domeniilor de tipul informaticii, al comunicatiilor, al medicinei, al bioingineriei

sau al energiilor alternative.

O ramura tehnologica extrem de importanta, insa, si care a atras de ceva

timp atentia cercetatorilor, este si industria materialelor, taram al unor

descoperiri nu tocmai frecvente, dar esentiale in virtutea progresului general.

Materialele compozite sau cele obtinute prin diferite procedee tehnologice au

dus, in mai putin de un secol, la o adevarata revolutie, adaugand betonului,

metalelor si lemnului o sustinere nebanuita in industria constructiilor, a

masinariilor si a dispozitivelor cele mai diverse.

Savantii sunt preocupati de realizarea unui nou material, denumit

aerogel, sau “fum inghetat”, despre care cred ca va revolutioana mersul

multor domenii de activitate.

1. Descriere.Caracteristici

Aerogelul a fost inventat de chimistul american Steven Kistler, în 1931, în

încercarea de a înlocui lichidul dintr-un jeleu, cu un gaz, fără a modifica

proporțiile inițiale ale gelului.

Kistler a încălzit jeleul, a evaporat apa și celelalte componente lichide din

structura sa și a introdus în locul lor methanol. A inventat astfel un precursor al

actualului aerogel, un soi de fum înghețat, ultraușor și foarte rezistent în raport

cu densitatea sa.

Totuși, din pricina costurilor foarte ridicate necesare producerii acestui

material, nimeni nu a fost atras de inovație, iar reușita a fost data uitării pentru

mai multe decenii.

Un aerogel este un produs solid poros format aproape în întregime de

gaz (aer) cu o structura foarte fina de material solid într-o formă sferică, fiind

materialul artificial cu cea mai mica densitate.

Este un material cu densitate foarte mică (de 800 de ori mai mica decat a

unei bucati de sticla cu aceleasi dimensiuni), obținut dintr-un gel în structura

căruia apa a fost înlocuita cu un gaz, cu proprietăți exceptionale de

termoizolare.

Aerogelul constituie o izolatie termica buna, deoarece aproape

neutralizeaza cele trei metode de transfer de caldura: convectia, conductia si

radiatia. Datorita naturii sale higroscopice, aerogelul este un material extrem

de uscat si netratat chimic este hidrofil, de aceea manevrarea lui este

recomandat sa fie facuta cu masuri de protectie a mainilor. Totusi, prin tratare

chimica poate deveni un material hidrofob, iar daca tratarea se face la

interiorul materialului acesta devine mai putin susceptibil degradarii

Se topeste numai la temperaturi de peste 1200 grade Celsius, are o

conductibilitate apropiata de zero si este considerat materialul solid cu cea mai

mica densitate posibila, continand aer in proportie de 99.8%.

Un centrimetru cub din aerogel cantareste 3 miligrame iar dimensiunea

totala a golurilor din interiorul sau este similara cu cea a unui teren de fotbal.

In plus, un burete de aerogel de numai 2 grame poate sustine greutatea unei

caramizi de 2.5 kg.De asemeni este un bun conductor electric și este capabil să

înmagazineze energie solară precum celulele fotovoltaice.

Abilităţile sale impresionante portante se datorează microstructurii

dendritice, în care particulele sferice de mărime medie 2-5 nm sunt topite

împreună în grupuri. Aceste grupuri formează o structură tridimensională

foarte poroase de lanţuri aproape fractal, cu pori doar sub 100 nm.

Datorita naturii sale higroscopice, aerogelul se simte uscat si actioneaza

ca un desicant puternic. Persoanele care manipulează aerogelul pentru

perioade lungi de timp trebuie să poarte mănuşi pentru a preveni apariţia de

pete uscate pe pielea lor.

Aerogelurile cu interioarele hidrofobe sunt mai putin sensibile la

degradare decât aerogelurile cu doar un strat hidrofob exterior. Tratamentul

hidrofobic facilitează prelucrarea deoarece permite utilizarea unui cutter cu jet

de apă.

Un strat de numai 8 mm poate asigura supraviețuirea în fața exploziei a

unui kilogram de dinamita și a unui șoc termic ce degajează o căldură de peste

1000 grade Celsius.

Procesat prin metode speciale, aerogelul poate fi utilizat și pentru

desalinizarea apei de mare.Este un bun conductor de electricitate.

Este capabil să înmagazineze energie solară precum celulele fotovoltaice.

- Un centrimetru cub din aerogel cantareste 3 miligrame, putin mai mult

decat aerul, iar dimensiunea totala a golurilor din interiorul sau este de

aproximativ 7000 metri patrati.

- Un burete de aerogel de numai 2 grame poate sustine greutatea unei

caramizi de 2.5 kg.

2. Utilizari

Specialiștii consideră că potențialul materialului este aproape nelimitat,

fiind de părere că s-ar putea găsi aplicații ale acestuia în majoritatea domeniilor

și activităților umane.

Pentru că absoarbe complet radiațiile infrarosii, el va permite construirea

unor clădiri sau incinte care să permita accesul luminii solare în interiorul lor,

fără a tolera însă și schimbările termice.

Inserarea unui strat de aerogel în pereții exteriori ai caselor și in

compozitia geamurilor ferestrelor, ne va scăpa atât de căldura toridă a verii și

de frigul sezonului rece, cât și de aparatura electrocasnică mare consumatoare

de energie electrică, asa cum sunt toate aparatele de aer condiționat.

In domeniul constructiilor, aerogelul se gaseste sub forma de granule si

placi flexibile (paturi).

Particule Aerogel, sau granule, sunt deosebit de utile în aplicații vrac.

Granule Nanogel pot fi, de asemenea, adăugate la tencuieli și alte sisteme de

acoperire pentru a oferi izolare termica. Granulele aerogel sunt compuse din

mici structuri sferice nano de dioxid de siliciu.

Urmările dezastruase ale unor deversări accidentale de produse

petroliere în apele mărilor și oceanelor ar putea fi cu success anulate, prin

exploatarea uriașei capacități a aerogelului de a absoarbe metale grele, de tipul

mercurului, din mediul acvatic.

Particule de aerogel răspândite pe râuri și lacuri ar avea capacitatea de a

atrage metalele grele din ape și, deci, de a curăța mediul.

NASA folosește deja aerogelul pentru izolarea termică a costumelor

astronauților, un strat de 18 mm din material asigurând protecția împotriva

frigului la temperaturi de până la minus 150 grade Celsius. De asemenea, NASA

foloseste acest material pentru a colecta praful cosmic cu aparatul numit

Stardust.

Dacă inginerii s-au gândit să întrebuințeze acest material în izolarea

conductelor de petrol și cizmarii în confecționarea branturilor pentru

încălțăminte, alpinista britanică Anne Parmenter a escaladat muntele Everest

fiind încălțată cu ghete căptușite cu un strat subțire de aerogel; declarația sa de

după expeditie a fost: “singura problemă a fost că îmi era foarte cald la

picioare, ceea ce, de fapt, nu este o problemă atunci cand esti alpinist”.

De asemenea, designerul Hugo Boss a testat calitățile aerogelului pentru o

linie de geci de iarnă, dar acestea au fost rapid retrase din circulație, deoarece

cumpărătorii s-au declarat incomodați de faptul că erau mult prea călduroase.

In anii 1980, compania germana BASF, in colaborare cu BMW a produs

izolatie pentru torpedo-ul automobilelor, pentru a mentine la temperatura

constanta diverse alimente sau bauturi.

3. Firme care produc materiale pe baza de aerogel

ThermaBlok (SUA – in colaborare cu NASA)

ThermaBlok ® este un aerogel flexibil / material compozit fibra.Este instalat

direct la marginile de pastile, în elaborarea de perete, înainte de instalarea de

gips carton.

Cabot (SUA)-placi flexibile

Beneficiile de performanță a produselor aerogel Cabot în izolare pentru

construcții includ:

- Conductivitate Ultra-termică scăzută - cât mai scăzut de 15 mW / mK

(R-9.6 per inch)

- Hidrofob - respinge apa

- Necombustibil

- Excelent izolator acustic

- Durabil în timp

Cabot (SUA)-geamuri

Aceste unități oferă:

- Maximizarea iluminatului natural

- Reducerea semnificativă a pierderilor de caldura

- Spectru complet de lumină difuză

- Rezistenta completa la apa

- Durabilitate impresionantă

Placi flexibile de aerogel produse in Germania

Proprietati:

- Conductivitate termică: 0.013 W / mK

- Grad de comportare la incendiu: B1 DIN 4102-1

- Rezistenta la vapori de apă: 5.5 μ

- Densitate: 142 kg / m³

- Rezistenta la compresiune: 70 kPa

- Rezistenţa la temperatură: -200 ° C până la +200 ° C

- Culoare: alb

- Rezistenta la apa: foarte buna

- Pret: Placa aerogel (140x200x10mm) – 5,95 EUR

Placi flexibile de aerogel produse in Germania (rezistente la temperaturi

inalte)

Proprietăți:

- Grosime 10 mm

- Culoare: Gri

- Hidrofob: Da

- Permeabilitate la vapori: Da

- Densitate: 0.18 g / cm ³

- Temperatura maxima de utilizare: 650 ° C

- Temperatura minima de utilizare: -40 ° C

- Gradul de rezistenta la incendii: A2, conform EN 13501-1

- Pret: Placa aerogel (1000x1450x10mm) – 165 EUR

Bibliografie www.innomats.de www.aerogel.com www.aerogel.org www.cabot-corp.com www.nanopore.com www.thermablok.com