Estudio de geopolímeros basados en zeolitas naturales del Ecuador: aplicaciones a eficiencia energética en construcciones en climas tropicales

Abstract

Los materiales que forman la envolvente de edificaciones constituyen un medio efectivo para lograr confort humano y disminuir el consumo de energía mediante su aplicación en sistemas pasivos de climatización. Este trabajo hace énfasis en el desarrollo de materiales para uso en envolventes que tengan las características descritas anteriormente, que puedan ser desarrollados con materias primas locales y cuya producción sea ambientalmente amigable.

La materia prima del sector de la construcción es el cemento Portland Tipo GU, cuya producción se conoce que aporta en grandes cantidades en la emisión de CO2. Por lo tanto, se busca el uso de un nuevo material cuya fabricación tenga un menor impacto ambiental y sea de fácil producción.

Un material que puede brindar características similares al cemento Portland es el Geopolímero, cuyo origen data desde el año 1930 y se obtiene mediante la síntesis de aluminosilicatos utilizando activadores alcalinos. En Ecuador se han encontrado grandes yacimientos de materiales aluminosilicatos, también conocidos como puzolanas las que incluyen derivados de rocas volcánicas, zeolitas y diatomeas. Estudios con zeolitas y rocas volcánicas se han elaborado anteriormente para caracterización, ubicación de yacimientos y aplicaciones en diferentes áreas como agropecuaria, control ambiental, minería, transferencia de calor y metalurgia.

El objetivo principal de esta tesis es verificar si este nuevo producto puede ser usado como aislante térmico a través de un experimento controlado en el cual se mide la temperatura en dos modelos a escala de viviendas y en diferentes locaciones de éstos (parte superior e inferior de los techos y en el interior de las viviendas a escala). Se usará un control construido con cemento Portland y los prototipos con geopolímero, sujetos a condiciones de laboratorio que simulan las condiciones climáticas diarias por siete horas durante tres días consecutivos para cada modelo. Además, se realizará la caracterización mineralógica del geopolímero empleado en la investigación para que sirva de base a futuras investigaciones a mayor escala.

Entre las técnicas instrumentales para caracterización están el ensayo de compresión hasta la ruptura donde el cubo con 40% de KOH presentó la mayor resistencia y a partir de este resultado se formaron los techos de geopolímero; la difracción de rayos X se empleó para la identificación y la cuantificación de las cuatro fases cristalinas presentes en la muestra de zeolita y de los geopolímeros; la termogravimetría y calorimetría diferencial de barrido se utilizó para conocer el comportamiento térmico de las muestras dentro de un ambiente inerte y un rango de temperatura controlado, donde se observó la descomposición del agua y dióxido de carbono; y, la espectroscopía infrarroja con Transformada de Fourier permitió identificar los enlaces químicos de las moléculas de cada muestra mediante las vibraciones provocados por la interacción con el infrarrojo. Finalmente, en la simulación térmica todos los techos a base de geopolímero analizados en el primer día registraron temperaturas inferiores a las del mortero de cemento, siendo S1 el techo que presentó mejor comportamiento estable, la mayor diferencia de temperaturas con respecto a las del mortero de cemento, y la mayor diferencia entre la temperatura del techo con la interna de la vivienda a escala