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NM-18-CM-JA CONCRETANDO MUNDOS


Categoría: Medio Superior (Preparatoria)
Área de participación: Ciencias de los Materiales

Miembros del equipo:
Montserrat Elena Martínez Valenzuela
Tamara Hernández Bustinzar
Ignacio Milman

Asesor: Nancy Yeddid Barrón Ordaz

Escuela: Instituto Thomas Jefferson campus zona Esmeralda

Resumen

Desde que inició el uso de concreto y la quema de carbón para producir electricidad los índices de contaminación han escalado drásticamente. La ceniza al ser un residuo orgánico, en pequeñas cantidades no causa daños fatales, pero en el tamaño de producción de esta, el daño crece, más en los lugares donde se quema el carbón cerca del océano o algún cuerpo de agua. En el caso del cemento, es un poco diferente ya que se requiere de la excavación destructiva para la obtención de algunos materiales. En México y en muchos otros países esta situación presenta una gran amenaza para el ambiente y los recursos naturales al igual que para los habitantes. Con este proyecto planeamos poder hacer una diferencia en el ambiente. No planeamos detener la quema de carbón, sino utilizar el residuo como algo bueno para generar un concreto amigable que utiliza materiales reciclados.

Pregunta de Investigación

¿Cómo mejorar el ambiente de un país contaminado?

Planteamiento del Problema

Uno de los más grandes contaminantes de los océanos y de la atmósfera son las emisiones de ceniza de las plantas eléctricas.

Encontramos una manera de que el residuo sea usado con un fin de mejorar la superficie acuosa, el oxígeno, los bosques y la atmósfera de la tierra.

37 millones de toneladas de ceniza fueron producidas en México por la industria eléctrica al quemar carbón en 2018 y se estima que para 2019 este número se duplique debido a la creciente población de la nación. Esto es solo en la República Mexicana, pero ¿qué hay del resto del mundo? Si esa es la cifra en uno de los países ¿cuál sería la sumatoria total de 196 países?

Este es un conflicto que no se ha tomado con seriedad en los últimos años, por que ¿Cuanto daño puede causar un poco de ceniza “orgánica”? La realidad es que la cantidad de ceniza que sea producida –puede ser demasiada o tan solo pocas toneladas, sigue siendo uno de los contaminantes más potentes para el oxígeno, la atmósfera y los océanos. Le damos más importancia a resolver la creciente cantidad de basura, que, aunque sea demasiada aún es un poco más accesible limpiara, en cambio cómo podemos limpiar el oxígeno o los mares que son infectados con partículas, con residuos microscópicos a diario.

Nosotros proponemos con este proyecto “Concretando Mundos” una solución a este problema, que tal vez no sea capaz de revertir los daños ya causados, pero puede prevenir que estos sigan creciendo en escalas más peligrosas.

Antecedentes

La ceniza volante o “fly ash” es uno de los dos desechos de carbón que se generan. A diferencia de el “bottom ash” es muy fina, y muy fácil de trabajar con, esta se modifica con lignosulfonato de sodio, sulfato de sodio y una mezcla de sales minerales para que tenga un mejor rendimiento y más duración.

Entonces ¿Por qué la gente lo compraría? Se debe a que la ceniza tiene diferentes usos y para ellos, no tiene que ser desechada. Gracias al bajo precio por el que es vendida hemos podido desarrollar un método que especulamos ayudará demasiado en el desarrollo de grandes ciudades y construcciones sin necesariamente gastar los recursos naturales de nuestro planeta.

Hoy la sociedad pelea por el bienestar de sí misma, pero solo se preocupa por los intereses de los humanos y no los naturales sin darse cuenta que lo único que hacen es dañar al medio ambiente y a todos los recursos que podemos usar a nuestro favor para tener una tierra próspera. Parece injusto que la naturaleza nos provee tanto y nosotros solo la explotamos a su máximo las minas, los océanos, mares, bosques, etc.

Este proyecto trae una solución a todos esos problemas, lo podemos llevar a grandes escalas y con el crear diferentes materiales que creen un balance entre la naturaleza y el humano, una pequeña acción que lleve a grandes cambios. Se le puede llamar el futuro de la construcción, reciclaje, aprovechamiento de materia que de otra manera sería inservible. Pensando a futuro todos los efectos buenos que este proyecto podría traer; la purificación del aire, la purificación del agua de los océanos, mares, lagos y ríos, disminución de explotación minera, baja contaminación en los bosques, mejor calidad de vida no solo para el ser humano sino para todas las especies que habitan los lugares afectados por la quema de carbón, entre otros.

Para la elaboración de este concreto simplemente se sustituye el cemento por “fly ash” del carbón después de ser quemado para generar energía eléctrica.

Objetivo

Elaborar concreto a base de uno de los mayores contaminantes de nuestros océanos y atmósfera para el cuidado del medio ambiente y la reducción de  oxígeno impuro.

Justificación

Nos dimos cuenta que alrededor del mundo se está dañando al medio ambiente de diferentes maneras. Lo que nosotros vimos es que dentro de todos los materiales más dañinos y problemáticos  para la naturaleza, se encuentra el cemento. Dentro del proceso de este mismo ocurren impactos ambientales negativos. Algunas de las partes de este proceso son, manejo y almacenamiento de los materiales, emisiones durante el enfriamiento del horno y la escoria. Todo esto nos hizo pensar en darle un giro a este mundo lleno de amenazas y daños. Es por esto que decidimos hacer un concreto amigable y positivo hacia el medio ambiente. 

 

También nos dimos cuenta que la ceniza es uno de los contaminantes más potentes en el planeta. Se obtiene a partir de la quema de carbón para generar electricidad. Los residuos (ceniza) tiene un fuerte impacto en la atmósfera del planeta así afectando los océanos y el oxígeno que respiramos día a día.

Hipótesis

Comprobaremos que es posible desarrollar un concreto y aditivo que sea amigable con el medio ambiente. Al igual que lograremos obtener nuevas ideas de materiales para la creación del concreto.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

  1. Ceniza de carbón
  2. Grava
  3. Arena
  4. Agua
  5. Aditivo

 

 Metodología

 

Elaboración del concreto sustentable. (5kg)

Para elaborar el concreto sustentable fue necesario realizar una serie de pasos con los materiales previamente mencionados:

 

  1. Se sustituye el cemento que se usa en la mezcla con la ceniza volante que es residuo de la quema de carbón por plantas de energía.
  2. Se mezcla la ceniza del carbón con grava, arena, agua y muy poco aditivo para completar la mezcla. 
  3. Se utilizan 400 gramos de ceniza en la mezcla, 2.6 kilogramos de grava, arena 2.4 kilogramos, 470 mililitros de agua y 6 mililitros de aditivo Esto es revuelto con una revolvedora de cemento hasta que todos los componentes de las mezcla se hayan homogeneizado y es así como se obtiene el concreto que reduce la contaminación por residuo tóxico de carbón. 

 

Galería Método

Resultados

Para poder llegar a conocer la dureza y resistencia de nuestro cemento aditivo hecho con cenizas de plantas electricas realizamos diferentes pruebas las cuales se muestran en la siguiente tabla: 

 

Tabla 1: En la tabla se muestra la dureza del cemento a los 7, 14 y 28 días de haberse secado en la intemperie. 

Galería Resultados

Discusión

Sabemos que el cemento es uno de los materiales más usados para la construcción. Por ello crear alternativas más amigables con el medio ambiente para sustituirlo es muy importante. 

Las fortalezas con las que cuenta nuestro experimento son que ayuda a disminuir las cenizas tiradas por las industrias eléctricas, es resistente y útil y está hecho con materiales 100% naturales.

Una de las debilidades de este cemento es que las cenizas con las que está hecho son muy difíciles de conseguir ya que se encuentran en el mar u otros ecosistemas regadas y esparcidas. Conseguirlas puede llegar a ser costoso y por ello más difícil de producir. 

Por estas razones concluimos que si es una mejor opción aunque tenga un costo un poco más elevado. Los beneficios que trae son más que los contras que tiene. 

 

Conclusiones

El concreto que se realizó durante la etapa de experimentación fue lo esperado, así probando que la hipótesis establecida es verdadera y comprobando que el uso de la ceniza residuo del carbón, es un material efectivo para la generación de un recurso necesario para la construcción de viviendas, rutas, etc. 

Durante la etapa de experimentación el concreto tomo diferente dureza y tiempo para llegar a su resistencia total. Utilizando la prueba standard de 7-14-28 días observando cambios que la mezcla presentó durante su reposo en los moldes y los elementos diferentes que cada uno de los bloques presentó al ser desmoldado. Físicamente cada uno presenta las mismas características, lo que cambia es la diferencia de resistencia de cada bloque, siendo que cada bloque puede aguantar más de 100 kg/cm2 y que el que reposó durante 28 días tiene una resistencia máxima de 200 kg/cm2.

Bibliografía

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NM-18-CM-JA CONCRETANDO MUNDOS


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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography