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INGENIERÍA DE MATERIALES

Una cortina económica

Película plástica desarrollada en la incubadora de la Unicamp bloquea los rayos solares y reduce el consumo de energía

Una cortina capaz de bloquear en un 94% el paso de la radiación solar incidente sobre un edificio totalmente vidriado demostró que es posible reducir los costos con energía eléctrica de los aparatos de aire acondicionado hasta un 60% durante el verano. Esta evaluación es el resultado de las pruebas de simulación realizadas por el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT, sigla en portugués) con el nuevo producto desarrollado por la empresa VacuoFlex, instalada en la Incubadora de Empresas de Base Tecnológica de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). La innovación de la firma consistió en aplicar una película plástica metalizada sobre una cortina, fabricada con lona plástica o tela. “El costo de la aplicación industrial del nuestro producto en las cortinas se paga solo, con el ahorro que se genera durante los tres meses de verano”, dice el ingeniero civil Antônio Sérgio Assunção Tavares, socio y director de la empresa.

Para producir el film metalizado, se utilizó la tecnología RCF (Láminas de control de energía radiante, del inglés Radiant Energy Control Films), desarrollada en la década de 1960 por la Nasa, la agencia espacial estadounidense, para el control térmico de satélites y de los trajes espaciales. Esta tecnología, basada en el uso de láminas plásticas con deposición de aluminio destinadas a reflejar el calor incidente e impedir su emisión en el ambiente, pasó a dominio público a comienzos de los años 1990, luego de quedar guardada bajo siete llaves durante dos décadas.

La simple deposición del aluminio no confiere durabilidad a los productos destinados a usos terrestres, expuestos a la humedad y a la abrasión. Para asegurarse de que sean durables, es necesario hacer la deposición al vacío, utilizando el proceso de pulverización catódica (sputtering) – un método físico de metalización que emplea gas argón ionizado –, utilizado en Europa y Estados Unidos en algunos productos rígidos, tales como espejos retrovisores de automóviles y lentes de gafas con propiedades antirreflejantes y antiempañantes. Acá en Brasil, su uso por ahora se restringe a los laboratorios de investigación. Y fue precisamente del Laboratorio de Láminas Finas del Instituto de Física Gleb Wataghin, de la Unicamp, que surgió la solución tecnológica para la fabricación de películas plásticas flexibles con propiedades de reflexión y emisión de radiaciones que, según su aplicación, pueden ser tanto metalizadas y, por tanto, opacas, como así también transparentes.

Desde 1979, cuando ingresó en la Unicamp para hacer su iniciación científica, Carlos Salles Lambert, físico y socio de VacuoFlex, estudia la tecnología de deposición de alto vacío por pulverización catódica, que es la técnica de producción del film plástico metalizado. Este estudio fue esencial para transformar la idea inicial de Tavares de producir una cortina que bloqueara la radiación solar en un producto con diversas aplicaciones.

Aislante térmico
La tecnología RCF desarrollada por VacuoFlex incorporó los avances de la deposición de láminas delgadas al concepto original de aislamiento termorreflector. Y ha resultado en un contrato de licencia suscrito en abril con el grupo Rentank, instalado en la localidad de Taboão da Serra, Gran São Paulo, líder en el segmento de galpones de lona, que actúa también en el transporte y almacenaje de productos químicos, y en el sector de agronegocios. La empresa está haciendo inversiones iniciales del orden de los 500 mil reales, con miras a aplicar el aislante térmico en la lona vinílica de galpones de gran porte, utilizados en establecimientos avícolas y por empresas de los sectores alimenticio, siderúrgico, de operaciones logísticas y eventos, tanto por pequeños como largos períodos.

La eficiencia de la lámina RCF se verificó en el IPT en galpones de lona, con lo cual se constató una reducción de la temperatura interna de hasta 7,5°C. De esta manera, habrá una significativa disminución del consumo de la energía utilizada para la climatización del ambiente y en las pérdidas de productos del sector alimenticio, por ejemplo. También se está probando con la lona plástica con el film aislante para cubrir camiones abiertos que transportan bebidas, frutas y hortalizas. “Con la aplicación del aislante en la lona, la fracción de calor irradiada hacia la carga prácticamente desaparece, con lo que se reducen significativamente las pérdidas ocasionadas durante el transporte de productos”, dice Tavares. Al margen de las cortinas y lonas de galpones, la película plástica que controla las radiaciones solares o térmicas puede emplearse en techos, camiones frigoríficos, invernaderos agrícolas y cascos.

La obtención de las diferentes propiedades depende de la cantidad y de los materiales empleados. Nanopartículas de metales, óxidos y otros materiales se depositan al vacío en una película plástica, en capas de un espesor que oscila entre los 5 y los 70 nanómetros – una unidad que corresponde a un milímetro dividido un millón de veces. Para lograr producir las láminas en rollos, se adaptó una máquina de una empresa instalada en Campinas para trabajar en el proceso de pulverización catódica de alto vacío. “En este proceso los átomos o las moléculas penetran en el sustrato de la película plástica, debido a la energía cinética de las partículas, mediante un proceso físico y no químico”, dice Lambert. De esta forma es posible plasmar la unión de materiales que, mediante los procesos tradicionales, no se juntarían.

La cortina termorreflectora, destinada a impedir el paso de la radiación solar, fue el primer producto desarrollado por VacuoFlex en el marco del Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (Pipe), financiado por la FAPESP. Para evaluar la eficacia de la cortina con película RCF se escogió un piso entero de un edificio comercial recién construido, todo vidriado, ubicado en la zona sur de São Paulo. “La prueba efectuada por el IPT demostró que las cortinas logran impedir el paso de la radiación solar incidente mucho más que cualquier alternativa conocida”, dice Tavares. “Trabajamos inicialmente en la determinación de la emisividad del film, una propiedad que mide que cantidad de calor se irradia desde un producto”, dice Fúlvio Vittorino, del Laboratorio de Confort Ambiental del IPT. En el caso de la cortina, cuanto más bajo es este índice, menos calor se transfiere hacia dentro del edificio.

Condiciones brasileñas
Durante las pruebas, se hicieron mediciones de temperatura del aire y de la radiación solar incidente. “Los datos se procesaron con un software que efectúa este tipo de análisis”, dice Vittorino. Se refiere a la última versión del programa Energy Plus, del Departamento de Energía de Estados Unidos, utilizado para la simulación del consumo de energía de edificios. El proceso de convalidación del software, necesario para verificar si puede aplicárselo a las condiciones climáticas brasileñas, se llevó a cabo en el IPT durante dos años, con recursos provenientes de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep).

Los ensayos de evaluación de desempeño tienen por objetivo determinar cuánto que un producto que se aplica en condiciones reales mejora en cuanto al confort térmico de la gente, y reducir el consumo de energía eléctrica del aire condicionado. La siguiente etapa de la investigación consistirá en extender las mediciones a otras regiones brasileñas, para verificar cómo se comporta  la cortina metalizada en otras condiciones climáticas. “En el nordeste principalmente, donde hace muchísimo calor y se usa intensivamente el aire acondicionado”, dice Vittorino. La cortina de algodón con film metalizado puede usarse en salones de reuniones y en cuarto de hoteles, dispuesta entre los vidrios y las cortinas decorativas. Otra versión, que se encuentra en fase de estudios para su uso en oficinas y residencias, tendrá franjas translúcidas, para dejar pasar al menos una cantidad mínima de luz, con una pequeña pérdida del rendimiento energético.

Al margen de la cortina termorreflectora y de la cobertura para galpones, otros usos se encuentran pasando por pruebas. Un segmento que también podrá contar con el nuevo producto es el de cría de aves. En las zonas más cálidas del país, en los galpones de gallinas matrices, se utilizan actualmente tejas térmicas fabricadas con dos chapas de acero intercaladas con espuma de poliuretano expandido. Esta cobertura, que cuesta alrededor de 60 reales el metro cuadrado, genera una disminución de temperatura, con incremento de la productividad, y la mortandad de las aves se reduce a menos de un cuarto.

Una prueba de campo llevada cabo en la Facultad de Ingeniería Civil de la Unicamp en diciembre de 2004 comparó el desempeño de la teja metálica con la aplicación RCF en la cara inferior con otros dos tipos de tejas: la metálica simple, sin aislamiento térmico, y la térmica, hecha con dos chapas de acero y un relleno de 50 milímetros de espuma de poliuretano, todas dispuestas en galpones de dimensiones idénticas. “Vimos que la teja con RCF tuvo un desempeño incluso un poco mejor que la de espuma de poliuretano, y eso sin contar que el precio cae a la mitad”, dice Tavares. La reducción de costos de aplicación del termoaislante suscitó el interés de parte de un fabricante de tejas térmicas, proveedor de un proyecto que prevé construir más de un millón de metros cuadrados de galpones para aves en la zona de Brasil Central. Las pruebas de campo se hacen con el objetivo de evaluar la factibilidad de empleo del producto en establecimientos avícolas gallinas comunes.

Filtro óptico
La percepción de las diversas posibilidades de aplicación de la tecnología, en distintos sectores, sirvió de estímulo para que Tavares y Lambert creasen VacuoFlex. Y todas las alternativas estudiadas hasta ahora se han mostrado prometedoras, como es el caso de la de producir un plástico transparente para invernaderos agrícolas. En este caso, el producto funciona como un filtro óptico, debido a que impide la entrada del infrarrojo de la radiación solar, disminuyendo así la temperatura interna, al tiempo que permite el paso de la luz. Pruebas preliminares realizadas con el film arrojaron un 30% más de luz y un 30% menos de calor con relación al plástico con pantalla de sombreado, usado, en Holambra, por ejemplo, una localidad productora de plantas y flores de la zona aledaña a Campinas.

“La industria química investiga desde hace décadas, por medio del uso de aditivos, un plástico frío que deje pasar la luz necesaria para la fotosíntesis, pero que bloquee el infrarrojo de la radiación solar”, dice Tavares. “Pero los resultados obtenidos hasta ahora por medios químicos han sido modestos”. En países de clima cálido, como Brasil, el incremento de la temperatura en los invernaderos agrícolas disminuye la productividad del cultivo. Para que esto no suceda, se utilizan sistemas de enfriamiento por evaporación, que consumen energía eléctrica, al margen del recubrimiento plástico con mantas de sombreado destinado a reducir las temperaturas. Pero este sistema también reduce la iluminación y retarda el crecimiento de las plantas.

Como en Brasil aún no existen instalaciones para hacer las deposiciones al vacío por pulverización catódica en films plásticos, Lambert está adaptando una máquina, para trabajar exclusivamente con esta tecnología, pues la importada cuesta alrededor de dos millones de dólares. Por ahora, la idea de los socios es suministrar las películas plásticas tratadas a las empresas que licencien los productos desarrollados por VacuoFlex. En el futuro, podrán fabricar las máquinas a pedido de las empresas licenciadas.

El proyecto
Optimización del desempeño térmico de cortina termorreflectora, apuntando a la reducción de la energía consumida en acondicionamiento térmico  (nº 01/13310-0); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Antônio Sérgio Assunción Tavares – VacuoFlex; Inversión R$ 74.900,00 (FAPESP)

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