EL GRAFENO

DEFINICION
El grafeno es una alotropía del carbono; la cual consiste en un teselado hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados.
El Premio Nobel de Física de 2010 fue otorgado a Andre Geim y Konstantin Novoselov por sus revolucionarios descubrimientos sobre el material bidimensional grafeno.




PROPIEDADES
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:

• Algunos científicos de la Universidad de Ilinois en Míchigan aseguran que el grafeno tiene propiedades de autoenfriamiento.
• Alta conductividad térmica y eléctrica.
• Alta elasticidad y dureza.
• Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
• El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
• Soporta la radiación ionizante.
• Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
• Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones.
• Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
• Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.

Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las siguientes:

• Los electrones que se trasladan sobre el grafeno se comportan como cuasipartículas sin masa. Son los llamados fermiones de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 10⁶ m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.
• El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón).
• Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson, y que es un problema para sistemas bidimensionales con impurezas).
• Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el átomo de helio, cuyos átomos son los más pequeños que existen (sin combinar en estado gaseoso) podrian atravesarlo.
• Aún no dejando pasar el helio, sí deja pasar el agua, que estando en un recipiente de grafeno cerrado, se evapora prácticamente a la misma velocidad que si estuviese abierto.

El uso doméstico del agua

 

Además de precisar los seres humanos el agua para su existencia precisan del agua para su propio aseo y la limpieza, y para sobrevivir. Se ha estimado que los humanos consumen  alrededor de un 54% del agua dulce superficial disponible en el mundo. Este porcentaje se desglosa en:

• Un 20%, utilizado para mantener la fauna y la flora, para el transporte de bienes (barcos) y para la pesca, y
• el 34% restante, utilizado de la siguiente manera: El 70% en irrigación, un 20% en la industria y un 10% en las ciudades y los hogares.

El consumo humano representa un porcentaje reducido del volumen de agua consumido a diario en el mundo. Se estima que un habitante de un país desarrollado consume alrededor de 5 litros diarios en forma de alimentos y bebidas. Estas cifras se elevan dramáticamente si consideramos el consumo industrial doméstico. Un cálculo aproximado de consumo de agua por persona/día en un país desarrollado, considerando el consumo industrial doméstico arroja los siguientes datos:

Consumo aproximado de agua por persona/día

Actividad	Consumo de agua
Lavar la ropa	60-100 litros
Limpiar la casa	15-40 litros
Limpiar la vajilla a máquina	18-50 litros
Limpiar la vajilla a mano	100 litros
Cocinar	6-8 litros
Darse una ducha	35-70 litros
Bañarse	200 litros
Lavarse los dientes	30 litros
Lavarse los dientes (cerrando el grifo)	1,5 litros
Lavarse las manos	1,5 litros
Afeitarse	40-75 litros
Afeitarse (cerrando el grifo)	3 litros
Lavar el coche con manguera	500 litros
Descargar la cisterna	10-15 litros
Media descarga de cisterna	6 litros
Regar un jardín pequeño	75 litros
Riego de plantas domésticas	15 litros
Beber	1,5 litros

Estos hábitos de consumo señalados y el aumento de la población en el último siglo ha causando a la vez un aumento en el consumo del agua. Ello ha provocado que las autoridades realicen campañas por el buen uso del agua. Actualmente, la concienciación es una tarea de enorme importancia para garantizar el futuro del agua en el planeta, y como tal es objeto de constantes actividades tanto a nivel nacional como municipal. Por otra parte, las enormes diferencias entre el consumo diario por persona en países desarrollados y países en vías de desarrollo señalan que el modelo hídrico actual no es sólo ecológicamente inviable: también lo es desde el punto de vista humanitario, por lo que numerosas ONGs se esfuerzan por incluir el derecho al agua entre los Derechos humanos. Durante el V Foro Mundial del agua, convocado el 16 de marzo de 2009 en Estambul (Turquía), Loic Fauchon (Presidente del Consejo Mundial del Agua) subrayó la importancia de la regulación del consumo en estos términos:

El agua en la agricultura

 

 

 

La mayor parte del agua se destina a la agricultura, y es utilizada para irrigar los cultivos. La relación directa entre recursos hídricos y producción de alimentos es crítica por tanto para una población humana en constante crecimiento. La irrigación absorbe hasta el 90% de los recursos hídricos de algunos países en desarrollo. La agricultura es un sistema de producción tan antiguo que se ha sabido adaptar a los diferentes regímenes hídricos de cada país: Así, en zonas donde se den abundantes precipitaciones suelen realizarse cultivos de regadío, mientras que en zonas más secas son comunes los cultivos de secano. Más recientemente, y en entornos más adversos, como el desierto se ha experimentado con nuevas formas de cultivo, centradas en minimizar el consumo de agua. En la actualidad una de las vertientes más activas de la investigación genética intenta optimizar las especies que el hombre usa como alimento. También se ha empezado a hablar de agricultura espacial para referirse a los experimentos destinados a difundir la agricultura por otros planetas.
Actualmente la agricultura supone una importante presión sobre las masas naturales de agua, tanto en cantidad como en calidad. Así, el agua que precisan los regadíos supone una disminución de los caudales naturales de los ríos y un descenso de los niveles de las aguas subterráneas que ocasionan un efecto negativo en los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, en España se riegan 3,4 millones de hectáreas que supone el 7% de la superficie nacional y emplea el 80% de los recursos hídricos disponibles.
También el uso de nitratos y pesticidas en las labores agrícolas suponen la principal contaminación difusa de las masas de agua tanto superficial como subterránea. La más significativa es la contaminación por nitratos que produce la eutrofización de las aguas. En España el consumo anual de fertilizantes se estima en 1.076.000 toneladas de nitrógeno, 576.000 toneladas de fósforo y 444.000 toneladas de potasio. La mayor parte de los abonos son absorbidos por los cultivos, el resto es un potencial contaminante de las aguas.

El uso del agua en la industria

La industria precisa el agua para múltiples aplicaciones, para calentar y para enfriar, para producir vapor de agua o como disolvente, como materia prima o para limpiar. La mayor parte, después de su uso, se elimina devolviéndola nuevamente a la naturaleza. Estos vertidos, a veces se tratan, pero otras el agua residual industrial vuelve al ciclo del agua sin tratarla adecuadamente. La calidad del agua de muchos ríos del mundo se está deteriorando y está afectando negativamente al medio ambiente acuático por los vertidos industriales de metales pesados, sustancias químicas o materia orgánica.
También se puede producir una contaminación indirecta: residuos sólidos pueden llevar agua contaminada u otros líquidos, el lixiviado, que se acaban filtrando al terreno y contaminando acuíferos si los residuos no se aíslan adecuadamente.
Los mayores consumidores de agua para la industria en el año 2000 fueron: EE.UU. 220,7 km³; China 162 km³; Federación Rusa 48,7 km³; India 35,2 km³; Alemania 32 km³; Canadá 31,6 km³ y Francia 29,8 km³. En los países de habla hispana, España 6,6 km³; México 4,3 km³; Chile 3,2 km³ y Argentina 2,8 km³.
En algunos países desarrollados y sobre todo en Asia Oriental y en el África subsahariana, el consumo industrial de agua puede superar ampliamente al doméstico.
El agua es utilizada para la generación de energía eléctrica. La hidroelectricidad es la que se obtiene a través de la energía hidráulica. La energía hidroeléctrica se produce cuando el agua embalsada previamente en una presa cae por gravedad en una central hidroeléctrica, haciendo girar en dicho proceso una turbina engranada a un alternador de energía eléctrica. Este tipo de energía es de bajo coste, no produce contaminación, y es renovable.
El agua es fundamental para varios procesos industriales y maquinarias, como la turbina de vapor, el intercambiador de calor, y también su uso como disolvente químico. El vertido de aguas residuales procedentes de procesos industriales causan varios tipos de contaminación como: la contaminación hídrica causada por descargas de solutos y la contaminación térmica causada por la descarga del refrigerante.
Otra de las aplicaciones industriales es el agua presurizada, la cual se emplea en equipos de hidrodemolición, en máquinas de corte con chorro de agua, y también se utiliza en pistolas de agua con alta presión para cortar de forma eficaz y precisa varios materiales como acero, hormigón, hormigón armado, cerámica, etc. El agua a presión también se usa para evitar el recalentamiento de maquinaria como las sierras eléctricas o entre elementos sometidos a un intenso rozamiento.

El agua como transmisor de calor

El agua y el vapor son usados como transmisores de calor en diversos sistemas de intercambio de calor, debido a su disponibilidad, por su elevada capacidad calorífica, y también por su facultad de enfriar y calentar. El vapor condensado es un calentador eficiente debido a su elevado calor de vaporización. Una desventaja del agua y el vapor es que en cierta manera son corrosivos. En la mayoría de centrales eléctricas, el agua es utilizada como refrigerante, la cual posteriormente se evapora y en las turbinas de vapor se genera energía mecánica, permitiendo el funcionamiento de los generadores que producen electricidad.
En la industria nuclear, el agua puede ser usada como moderador nuclear. En un reactor de agua a presión, el agua actúa como refrigerante y moderador. Esto aumenta la eficacia del sistema de seguridad pasivo de la central nuclear, ya que el agua ralentiza la reacción nuclear, manteniendo la reacción en cadena.

HERON DE ALEJANDRIA

 

 

Herón de Alejandría

Herón (o Hero) de Alejandría (10–70 d.C.) fue un ingeniero y matemático griego, que destacó en Alejandría (en la provincia romana de Egipto). Es considerado uno de los científicos e inventores más grandes de la antigüedad.


Las pruebas de que las divinidades escogían aquellos templos como su morada eran claras y podía verlas cualquiera que por allí pasara. Las puertas se abrían solas y cuando entrabas se escuchaba música celestial. Una vez dentro, en uno de los altares, podías ver una esfera luminosa levitando como por arte de magia y en otro altar podías contemplar con tus propios ojos como los dioses danzaban a su alrededor.

Lo que desconocían la mayoría de la gente de aquella época es que aquello no era más que simple ciencia. La creatividad de Herón de Alejandría llegó a tal extremo que casi se convirtió en un maestro de los efectos especiales.

Para lograr que las grandes puertas se abrieran y cerraran solas usó el siguiente mecanismo:



El fuego calienta el aire que se expande aumentando la presión y empuja el agua llenando el contrapeso que acciona el mecanismo para abrir la puerta. Cuando el aire se vuelve a enfriar, la presión disminuye y el agua vuelve a ocupar su lugar, el contrapeso se vacía y las puertas se cierran. En algunos modelos se aprovechaba el aire que escapaba para hacer sonar algún instrumento.

Se hacían unas libaciones  a los dioses principales del templo. Según le explicaba el sacerdote al visitante, debía someterse a la prueba del cuerno. Con esta prueba sabrá que libación será de más agrado para los dioses, si la hecha con agua o con vino. El sacerdote saca un recipiente con forma de cuerno del que, según sea el capricho de los dioses, ha de brotar agua o vino. Lo que no sabía el pobre griego es que el recipiente tenía un mecanismo en el asa con el que se puede escanciar vino o agua a voluntad del sacerdote.

Este invento también tuvo un uso doméstico pues el vino que se hacía entonces era muy fuerte y espeso y casi siempre había que rebajarlo con agua. Con sólo este recipiente podían servirse ambos.

El sacerdote podía acompañar al orante hasta un recipiente y explicarle que el vino es más caro que el agua y le costará un dracma. El visitante introduce la moneda por una rendija. Al instante, mágicamente, el vino comienza a fluir de un grifo llenando el vaso de libaciones en su cantidad justa:


La moneda se introducía por la parte superior y caía sobre la palanca R levantando el tapón que dejaba salir el líquido. La moneda iba resbalando hasta caer al fondo haciendo que la palanca volviera a su posición inicial dejando de echar. Sin duda es la primera máquina expendedora de la historia. Tendrán que pasar casi 2.000 años para volver a ver algo así.

ARQUIMEDES

La corona dorada

Una de las anécdotas más conocidas sobre Arquímedes cuenta cómo inventó un método para determinar el volumen de un objeto con una forma irregular, una nueva corona con forma de corona triunfal, y le pidió a Arquímedes determinar si la corona estaba hecha sólo de oro o si un orfebre deshonesto le había agregado plata en su realización. Arquímedes tenía que resolver el problema sin dañar la corona, así que no podía fundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su masa y volumen,y su densidad. Mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en la bañera cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría ser usado para determinar el volumen de la corona. Debido a que el agua no se puede comprimir,  al  sumergir la corona, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir el peso de la corona por el volumen de agua desplazada se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor que la densidad del oro si otros metales menos densos le hubieran sido añadidos. Cuando Arquímedes, durante el baño, se dio cuenta del descubrimiento, se dice que salió corriendo desnudo por las calles, y que estaba tan emocionado por su hallazgo que olvidó vestirse. Según el relato, en la calle gritaba
Sin embargo, la historia de la corona dorada no aparece en los trabajos conocidos de Arquímedes. Además, se ha dudado que el método que describe la historia fuera factible, debido a que habría requerido un nivel de exactitud extremo para medir el volumen de agua desplazada.
En lugar de esto, Arquímedes podría haber buscado una solución en la que aplicaba el principio de la hidrostática conocido como el principio de Arquímedes, descrito en su tratado Sobre los cuerpos flotantes. Este principio plantea que todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del líquido desalojado. Usando este principio, habría sido posible comparar la densidad de la corona dorada con la de oro puro al usar una balanza. Situando en un lado de la balanza la corona objeto de la investigación y en el otro una muestra de oro puro del mismo peso, se procedería a sumergir la balanza en el agua; si la corona tuviese menos densidad que el oro, desplazaría más agua debido a su mayor volumen y experimentaría un mayor empuje que la muestra de oro. Esta diferencia de flotabilidad inclinaría la balanza como corresponde. Galileo creía que este método era "probablemente el mismo que usó Arquímedes, debido a que, además de ser muy exacto, se basa en demostraciones descubiertas por el propio Arquímedes." Alrededor del año 1586, Galileo Galilei inventó una balanza hidrostática para pesar metales en aire y agua que aparentemente estaría inspirada en la obra de Arquímedes.

 El Siracusia y el tornillo de Arquímedes

Una gran parte del trabajo de Arquímedes en el campo de la ingeniería surgió para satisfacer las necesidades de su ciudad natal, Siracusa. El escritor griego Ateneo de Náucratis cuenta que Hierón II le encargó a Arquímedes el diseño de un enorme barco, el Siracusia, que construyó Arquias de Corinto bajo su supervisión. El barco podía ser usado para viajes lujosos, cargar suministros y como barco de guerra. Finalmente su nombre fue cambiado por el de Alejandría, cuando fue enviado como regalo, junto a un cargamento de grano, al rey Ptolomeo III de Egipto.
Se dice que el Siracusia fue el barco más grande de la antigüedad clásica.Según Ateneo, era capaz de cargar 600 personas e incluía entre sus instalaciones jardines decorativos, un gimnasio y un templo dedicado a la diosa Afrodita. Debido a que un barco de esta envergadura dejaría pasar grandes cantidades de agua a través del casco, el tornillo de Arquímedes supuestamente fue inventado a fin de extraer el agua de la sentina. La máquina de Arquímedes era un mecanismo con una hoja con forma de tornillo dentro de un cilindro. Se hacía girar a mano, y también podía utilizarse para transferir agua desde masas de aguas bajas a canales de irrigación. De hecho, el tornillo de Arquímedes sigue usándose hoy en día para bombear líquidos y sólidos semifluidos, como carbón y cereales. El tornillo de Arquímedes, tal como lo describió Marco Vitruvio en los tiempos de Roma, puede haber sido una mejora del tornillo de bombeo que fue usado para irrigar los  jardines colgantes de Babilonia.

 La garra de Arquímedes

Polibio narra que la intervención de Arquímedes en el ataque romano a Siracusa fue decisivo, hasta el punto de que desbarató la esperanza romana de tomar la ciudad por asalto, teniendo que modificar su estrategia y pasar al asedio de larga duración, situación que duró ocho meses, hasta la caída definitiva de la ciudad. Entre los ingenios de que se valió para tal hazaña (catapultas, escorpiones y grúas) se encuentra una que es de su invención: la llamada  manus ferrea. Los romanos acercaban todo lo que podían los barcos al muro para enganchar sus escaleras a las fortificaciones y poder acceder con sus tropas a las almenas. Entonces entraba en acción la garra, que consistía en un brazo semejante a una grúa del cual pendía un enorme gancho de metal. Cuando se dejaba caer la garra sobre un barco enemigo el brazo se balancearía en sentido ascendente, levantando la proa del barco fuera del agua y provocando un ingreso del agua por la popa. Esto inutilizaba los ingenios enemigos y causaba confusión, pero no era lo único que hacia: mediante un sistema de polea y cadenas, dejaba caer súbitamente el barco provocando una escoración que podía llevarlo al vuelco y al hundimiento.

Guarda tus datos durante 10 siglos

Gracias a unos investigadores de la universidad de Keio, en Kioto y la compañía Sharp se ha podido crear la primera memoria capaz de almacenar datos durante un periodo de mil años, teniendo en cuenta que un DVD o disco duro tiene una vida de menos de 30 años, esto es un avance significativo ya que no tendríamos que cambiar de soporte cada cierto tiempo para impedir el deterioro de los datos que deseamos guardar.

Para crear esta memoria se ha empleado tecnología de ultima generación, incluso de la que se utiliza para los trenes de alta velocidad para la transferencia de datos sin cables, es capaz de transmitir en fracciones de segundo una película de dos horas de duración.

INVENTOS RELACIONADOS CON LA ENERGIA EOLICA

-El Desalinizador eólico

Con el problema de abastecimiento del agua, qué mejor que un sistema que le quite la sal al agua de mar y que no consuma energía de la red. Este desalinizador es un sistema que potabiliza el agua mediante la técnica de ósmosis inversa, que la realiza aprovechando la acción del aire. Este tipo de sistemas canalizan a través de un molino la energía eólica, de forma que siempre que sople viento, se potabiliza el agua.

-Energía eólica en el mar
Hay quejas de que los aerogeneradores o molinos de viento afean el paisaje en las montañas, así que la solución sería colocarlos en el mar. Ya los hay en las costas, en aguas poco profundas, pero estos están diseñados para flotar en aguas de mar adentro, y aprovechar así los fuertes vientos marinos.

-Turbinas de viento para edificios
La energía eólica está dejando de ser cosa de gigantes, con molinos que luchen con Don Quijote. La empresa Green Energy Technologies desarrolló unos túneles de viento que no tienen más de tres metros de alto, y pueden ser colocados en lo alto de edificios o centros comerciales, y tendrían la capacidad de alimentarlos por completo con energía renovable.

-Puente peatonal con turbinas eólicas
Otra forma de aprovechar el viento y transformarlo en energía se le ocurrió a Michael Jantzen, que es el inventor del Wind Tunnel Footbridge, puente que aparte de transportar a la gente de un lado a otro de las autopistas funciona como generador de electricidad gracias a sus turbinas de viento.

-Turbinas de viento para uso hogareño
La energía eólica solía estar alejada del hogar, al contrario que la solar que uno puede tener acceso con sólo instalar unos paneles en el techo. Un grupo de ingenieros de Hong Kong nos hace llegar unas micro turbinas de viento que pueden generar electricidad con vientos tan lentos como de dos metros por segundo. Son tan pequeñas que pueden ser colocadas en cualquier techo, o incluso en balcones.

NUEVOS INVENTOS RELACIONADOS CON LA ENERGIA SOLAR

La tecnología CIGS

La empresa suiza Flisom desarrolló unos paneles solares que son delgadas láminas flexibles, no de silicio sino de un material mucho más económico llamado CIGS, que se fabrica por compresión de cobre, indio, galio y selenio. Estas láminas, al ser flexibles podrían utilizarse en dispositivos pequeños como teléfonos móviles, PDAs, ordenadores portátiles… incluso para lunas tintadas de edificios y coches.

-Torre solar: La construcción más alta de Europa
La Torre Solar es un invento que generará electricidad gracias a una superficie de cristal de 3 km de diámetros que se encuentra en la base de la torre, esta superficie calientea el aire que luego asciende por los 750 metros de la torre y así produce electricidad al mover las turbinas que se encuentran en su interior. Podrá generar unos 40 megawatts de electricidad.

-Energía solar y eólica transportables
La empresa Ecosphere Technologies desarrolló el Ecos LifeLink, un dispositivo del tamaño de un container de camión que puede ser transportado a cualquier parte. Y en su interior tiene un sistema que potabiliza el agua alimentado por paneles solares, que a su vez generan energía eléctrica en excedente para ser utilizada en situaciones de emergencia o por qué no alimentar alguna escuela.

-Energía solar mediante hologramas
No se trata de ciencia ficción, sino de una técnica que puede llegar a ser revolucionaria. Se llama Hologram Solar. Fue desarrollado por la compañía japonesa Prism Solar Technologies. Separa la luz en diferentes longitudes de onda mediante prismas, y de esta forma concentra la energía proveniente de de cada longitud de onda de la luz (cada color) en una célula fotovoltaica diferente, aprovechando mejor el espacio, y reduciendo el coste de las placas.

-Cargador solar de baterías de coche
La empresa ICP Solar desarrolló un práctico cargador de baterías que funciona con un panel solar. Tiene apenas 15 centímetros de largo por 5 de ancho, y pesa apenas 400 gramos. Se conecta al encendedor de cigarrillos del auto y por ahí recarga la batería del coche.