Las cáscaras de arroz son únicas en la naturaleza. Contienen aproximadamente un 20% de sílice opalina en combinación con una gran cantidad del polímero estructural fenilpropanoide llamado lignina. Estos abundantes desechos agrícolas tienen todas las propiedades que uno podría esperar de algunos de los mejores materiales aislantes. Pruebas recientes de ASTM realizadas por los Servicios de I+D de Cookville, Tennessee, revelan que las cáscaras de arroz no se queman ni arden con mucha facilidad, son muy resistentes a la penetración de humedad y a la descomposición por hongos, no transfieren muy bien el calor, no huelen ni emiten gases, y no son corrosivos con respecto al aluminio, cobre o acero. En su estado crudo y sin procesar, las cáscaras de arroz constituyen un material de aislamiento de Clase A o Clase I y, por lo tanto, pueden usarse de manera muy económica para aislar la pared, Cavidades del suelo y del techo de una casa de cáscara de arroz súper aislada. Este documento también explica cómo la estructura de una casa de este tipo se puede diseñar a partir de una variedad de productos de madera de ingeniería derivados de la cáscara de caña de azúcar.
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Cuando la naturaleza decidió cómo empaquetar un grano de arroz, envolvió este pequeño paquete de nutrientes con lo que a menudo se denomina "ópalo biogénico". [1] La estructura química de la cáscara de arroz, que contiene sílice amorfa ligada al agua, se parece mucho a la del ópalo, y esto le da a la cáscara de arroz algunas propiedades sorprendentes. En ninguna parte podríamos encontrar un subproducto de cereales tan bajo en proteínas y carbohidratos disponibles y, sin embargo, al mismo tiempo, tan alto en fibra bruta, ceniza bruta y sílice. [2] De todos los subproductos de cereales, la cáscara de arroz tiene el porcentaje más bajo de nutrientes digeribles totales (menos del 10 %). [3]
La cáscara de arroz contiene aproximadamente un 20% de sílice opalina en combinación con una gran cantidad del polímero estructural fenilpropanoide llamado lignina. Un porcentaje tan alto de sílice es muy inusual en la naturaleza, [4] y esta mezcla íntima de sílice y lignina hace que la cáscara del arroz no solo sea resistente a la penetración del agua y a la descomposición por hongos, sino también resistente a los mejores esfuerzos del hombre para deshacerse de ella. . Dado que el arroz se cultiva en todos los continentes excepto en la Antártida, ocupa el segundo lugar después del trigo en términos de área y producción mundial, [5] y dado que la cáscara representa en promedio alrededor del 20 % del peso bruto cosechado del arroz, [6] nuestro planeta termina con una gran cantidad de este residuo escamoso.
Cada año se generan más de 100.000.000 de toneladas métricas de cascarilla de arroz en todo el mundo. [7] En 1995, Estados Unidos produjo alrededor de 1.260.000 toneladas métricas de cascarilla de arroz [8] en unos 50 molinos [9] ubicados en Louisiana, Texas, Arkansas, Missouri, Mississippi, Florida y California. Dado que la mayoría de los molinos almacenan arroz con cáscara y lo procesan diariamente, las cáscaras secas y frescas están disponibles durante todo el año. Dado que los cascos no se biodegradan ni se queman con mucha facilidad, a veces están disponibles sin cargo.
- Las cáscaras normalmente se venden a alrededor de $ 6 por tonelada, aunque un molino indicó que ha vendido cáscaras a precios que oscilan entre $ 2 y $ 20 por tonelada. [10]
El casco es un material de embalaje muy resistente y abrasivo, que consta de dos mitades entrelazadas. Encapsula el diminuto espacio dejado vacante por el grano molido y, en la proximidad de una miríada de otros cascos, forma una barrera térmica que se compara bien con la de excelentes materiales aislantes. [11] Las pruebas de resistencia térmica en cáscaras de arroz integral indican valores R superiores a 3,0 por pulgada. [12] Si el valor R de las cascarillas de arroz es tan favorable, ¿por qué no se han utilizado ampliamente para aislar estructuras residenciales y comerciales? [13]
Quizás nuestros científicos e ingenieros se centren únicamente en crear materiales y productos que puedan etiquetarse y comercializarse como patentados. Quizás el humilde uso de la cascarilla de arroz como material aislante no inspira lo suficiente la imaginación científica o comercial. Pero, ¿por qué centrarse en productos hechos por el hombre cuando abundan los materiales naturales? Seguramente debe haber alguna razón profunda y obvia que hace que la cascarilla de arroz crudo no sea adecuada para servir como material aislante.
¿Se queman las cáscaras de arroz? Sí, lo hacen, pero con dificultad, como explicó Eldon Beagle una vez tan elegantemente:
- "La peculiar disposición estructural del 'haz de paja para beber' de sílice-celulosa de las cáscaras da como resultado un objeto que no se quema ni libera calor de una manera similar a la de cualquier sustancia orgánica. Estas diminutas estructuras tubulares con cresta de sílice ofrecen una resistencia inherente a la quema. A menudo sellan y evitan la quema completa y uniforme esencial para obtener el producto final deseado". [14]
Cualquiera que haya intentado prender una cerilla para quemar cáscaras de arroz comprende lo difícil que es quemarlas. Dado que el aire no puede fluir libremente a través de una pila de cáscaras de arroz para proporcionar el oxígeno necesario para mantener una combustión rápida, no se queman fácil y limpiamente. La densidad aparente de las cascarillas de arroz sueltas es similar a la de la paja en balas, y cualquiera que haya intentado quemar una bala de paja comprende el problema asociado con la disponibilidad de oxígeno. Pero la simple disponibilidad de oxígeno no lo explica todo.
Como hemos señalado anteriormente, el alto porcentaje de sílice opalina dentro de las cáscaras de arroz es muy inusual en comparación con otros materiales vegetales, y algunos científicos dicen que durante la combustión de las cáscaras de arroz, la ceniza de sílice puede formar un "capullo" que evita que el oxígeno entre. alcanzando el carbono del interior. Otros científicos especulan que, dado que la sílice y el carbono pueden estar parcialmente unidos a nivel molecular, el carburo de silicio se forma durante la combustión a alta temperatura y que la presencia de esta cerámica resistente al calor impide la fácil combustión de la cáscara de arroz. [15] Aún otros científicos dicen que a ciertas temperaturas, el enlace molecular entre la sílice y el carbono en el casco se fortalece, lo que evita la quema completa y uniforme del casco. [dieciséis]En cualquier caso, incluso si logramos encender una pila de cáscara de arroz, encontramos que tiende a arder lentamente en lugar de arder.
- Las cáscaras de arroz son retardantes de llama y, a temperaturas normales, autoextinguibles. Una cerilla encendida, arrojada sobre una pila de cascarillas de arroz, generalmente se quemará sin producir una llama autosuficiente en las cascarillas. [17]
El aislamiento de celulosa convencional requiere la adición de grandes cantidades de retardadores de llama y combustión lenta. La concentración de productos químicos retardantes de llama y combustión lenta (como ácido bórico, borato de sodio, sulfato de amonio, sulfato de aluminio, trihidrato de aluminio, fosfato de mono o diamonio) en el aislamiento de celulosa convencional puede alcanzar hasta el 40 % en peso. [18] Estos productos químicos son costosos de comprar y preparar, y la fibra celulósica debe someterse a una preparación exhaustiva para recibirlos.
Sorprendentemente, las cáscaras de arroz no requieren retardantes de llama o de combustión lenta. La naturaleza ha otorgado libremente a este producto de desecho agrícola todas las propiedades de combustión necesarias para pasar la Prueba de flujo radiante crítico (ASTM C739/E970-89), la Prueba de combustión sin llama (ASTM C739, Sección 14) y la Prueba de características de combustión superficial ( ASTM E84). Pruebas recientes realizadas por R&D Services indican un flujo radiante crítico (CRF) promedio de 0,29 W/cm2, una pérdida de peso de combustión sin llama entre 0,03 % y 0,07 %, un índice de propagación de llama (FSI) de 10 y un índice de desarrollo de humo (SDI) de 50. Dado que los códigos de construcción de EE. UU. exigen un FSI de 25 o menos y un SDI de 450 o menos, vemos que la cáscara de arroz pasó fácilmente estas pruebas. En su estado crudo y sin procesar, la cáscara de arroz constituye un material aislante Clase A o Clase I.
Todos los materiales orgánicos absorberán o liberarán humedad hasta que alcancen el equilibrio con la humedad relativa del aire circundante. La alta concentración de sílice opalina en la superficie exterior de la cáscara del arroz impide la transferencia atmosférica de humedad a la cáscara. Además, del 2,1 % al 6,0 % de la cáscara del arroz consiste en un biopoliéster llamado cutina, [19] que, en combinación con una cera producida por la planta de arroz, forma una barrera altamente impermeable. La naturaleza emplea varias estrategias muy efectivas para proteger el grano de arroz del agua y la alta humedad generalmente asociadas con el cultivo y crecimiento de esta planta.
En consecuencia, los estudios realizados en cascarillas de arroz a 25 °C indican que el contenido de humedad de equilibrio de las cascarillas de arroz a una humedad relativa del 50 % es igual o inferior al 10 %, mientras que a una humedad relativa del 90 %, el contenido de humedad de equilibrio de las cascarillas de arroz permanece igual o inferior a 15%. [20] Una prueba de absorción de vapor de humedad (ASTM C739, Sección 12) realizada por R&D Services indica un aumento de peso de solo 3,23 %. Esto está muy por debajo del contenido de humedad necesario para sostener el crecimiento de hongos y moho.
La especificación estándar de ASTM para aislamiento de celulosa requiere una prueba de resistencia al crecimiento de hongos durante 28 días (consulte la sección 10 de ASTM C1497, ASTM C1338, la sección 6.6 de ASTM C1149 o la sección 11 de ASTM C739). Siguiendo estos estándares, los Servicios de I+D inocularon cáscaras de arroz con cinco especies de hongos diferentes, y las cáscaras de arroz pasaron estas pruebas sin la adición de fungicidas ni ningún otro químico.
La alta concentración de sílice opalino en la superficie exterior de la cáscara de arroz también establece la dureza efectiva de la cáscara de arroz en aproximadamente los mismos valores informados para el ópalo (6 en la escala de Mohs). [21] Sin embargo, debido a la presencia de lignina dentro de la cáscara del arroz, esta dureza se atempera con flexibilidad y elasticidad. Dado que la cáscara del arroz es dura y, sin embargo, elástica, resiste el asentamiento y la compresión mucho mejor que los periódicos triturados. El asentamiento de aislamiento de celulosa en una cavidad de la pared puede reducir su altura instalada hasta en un 25%. Por este motivo, a menudo es necesario estabilizar el aislamiento de celulosa mediante acetato de polivinilo o un adhesivo acrílico. Ninguno de estos compuestos estabilizadores es necesario con las cáscaras de arroz, si se hace vibrar firmemente o se empaqueta en una cavidad de la pared.
Por lo general, las cáscaras de arroz sueltas tienen un ángulo de reposo de unos 35 grados. [22] Pero una vez que se empaquetan firmemente en una cavidad de la pared, sus pequeñas puntas, bordes y pelos se entrelazan para lograr un ángulo negativo de reposo. Debido a esta unión peculiar de las cáscaras de arroz bajo una presión suave, se estabilizan de una manera muy uniforme y no es posible que se asienten más. Además, dado que no es necesario agregar retardadores de fuego, fungicidas o cualquier otro químico a la cáscara del arroz, R&D Services ha determinado que esta biomasa benigna y estable no emite olores desagradables (ASTM C739). Asimismo, los Servicios de I+D determinaron que las cáscaras de arroz no corroen el aluminio, el cobre ni el acero (ASTM C739, Sección 9).
Con las cáscaras de arroz, no es necesario que participemos en un proceso de extracción o fabricación que genere contaminación del aire, contaminación del agua o erosión. [23] Con las cáscaras de arroz, no es necesario que participemos en un proceso de fabricación que agote nuestras reservas de combustibles fósiles (como ocurre con el aislamiento de poliestireno, [24] poliisocianurato y poliuretano). Con las cáscaras de arroz, no utilizamos productos químicos a base de cloro como el fosgeno, la clorhidrina de propileno [25] ni ningún clorofluorocarbono que agote la capa de ozono. [26] Con las cáscaras de arroz, no usamos formaldehído de urea, y seguramente nada de formaldehído de fenol usado en la mayoría de los aislamientos de fibra de vidrio. [27] Con las cáscaras de arroz, no tenemos que preocuparnos por la irritabilidad o la cacinogenicidad del polvo y las fibras. [28]Además, aquellos con sensibilidad química aguda no deberían preocuparse por la emisión de gases asociada con los aglutinantes en el aislamiento de guata, con la tinta en el periódico reciclado o con los COV liberados del aislamiento de espuma. [29] Dado que las cáscaras de arroz no requieren ser trituradas, molidas con martillo, esponjadas, fibrizadas, aglutinadas o estabilizadas, poseen, seguramente en aquellos estados donde las cáscaras están disponibles, mucha menos energía incorporada que incluso el aislamiento de celulosa. [30] Dado que las cáscaras de arroz no se queman con mucha facilidad, no requieren retardantes de llama ni de combustión lenta, y dado que son tan resistentes y duraderas, nada impide que se utilicen y reciclen una y otra vez.
Quizás el costo más significativo asociado con la utilización de la cascarilla de arroz es su transporte. A una densidad aparente de alrededor de 9 lbs. por pie 3 , [31] los cascos sueltos se pueden transportar aproximadamente al mismo costo que la paja empacada. Sin embargo, para reducir el costo del transporte, las cáscaras de arroz se pueden comprimir hasta 25 libras. por pie 3 sin destruir su elasticidad. [32] Se recuperan rápidamente a su densidad original una vez que se elimina la fuerza de compresión. Pero para transportar la cascarilla de arroz económicamente, no sería necesario comprimir la cascarilla de arroz a una densidad de 25 lbs/ft 3 . Con una densidad de solo 14.50 lbs/ft 3, un remolque estándar de 53 pies logra una eficiencia de transporte óptima con su peso legal máximo de 24 toneladas. Si, con esta densidad de transporte, pagamos una tarifa de transporte promedio de $1.45 por milla, costaría aproximadamente $15, $30, $45, $60, $75 y $90 transportar una tonelada de cascarilla de arroz 250, 500, 750, 1000, 1250 y 1500 millas respectivamente (ver el gráfico a continuación).
Con una densidad instalada de 9 lbs/ft 3 , una tonelada de cascarilla de arroz aislará 222 pies 2 de una cavidad de pared de 12 pulgadas. Por lo tanto, el costo por pie 2 en que incurre el transporte en estas mismas distancias es de $0.07, $0.14, $0.20, $0.27, $0.34 y $0.41 respectivamente (ver gráfico siguiente).
Aquellos que viven a menos de 200 millas de los molinos de arroz deberían tener dificultades para justificar el uso de cualquier otro tipo de material aislante. Cuando muchos ingenios venden cascarilla de arroz a regañadientes por menos de $5,00 dólares la tonelada, el argumento a favor de la cascarilla de arroz se vuelve aún más convincente. A $5,00 por tonelada, el costo de las cascarillas de arroz por pie 2 de una pared de 12 pulgadas de profundidad es de apenas $0,02.
Suponiendo que no pagamos $5,00 sino $25 por tonelada (muy por encima del valor de mercado actual), encontramos que el precio de compra de las cáscaras de arroz por pie 2 de pared aislada es de sólo $0,11. Agregando estos $0.11 nuevamente al costo del transporte en estas mismas distancias, llegamos a un costo total por pie 2 de cáscara de arroz entregado en el lugar de trabajo de $0.18, $0.25, $0.32, $0.38, $0.45 y $0.52 respectivamente (ver gráfico a continuación) .
Con estos simples cálculos, vemos que el transporte de cascarilla de arroz no debe limitar ni constreñir su uso generalizado como aislante. Estos cálculos nos permiten hacer dos comparaciones, una con respecto a la paja en balas y la otra con respecto al aislamiento de celulosa de paquete denso. En relación con todos los demás tipos de aislamiento en el mercado actual, estos dos tipos de aislamiento poseen el mayor contenido de reciclaje y el menor contenido de energía incorporada.
En promedio, un fardo de paja de dos cuerdas (14x18x36 pulgadas) pesa 45 libras, se vende por $2.50 y se transporta al sitio de trabajo por $1.00 adicional. [33] Colocado plano dentro de una pared, el fardo de dos cuerdas representa 3,5 pies cuadrados de superficie de la pared. Esto da un precio de compra de $0,71 por pie 2 de pared, al que hay que sumar otros $0,29 por concepto de transporte. En consecuencia, el costo total de pacas de paja por pie 2 de pared de pacas es de aproximadamente $1.00. Esto representa más de cinco veces el precio de la cascarilla de arroz transportada 250 millas y casi el doble del precio de la cascarilla de arroz transportada 1.500 millas. Además, 12 pulgadas de cascarilla de arroz a R-3,0 por pulgada brindan un 37 % más de aislamiento que 18 pulgadas de pacas de paja a R-1,45 por pulgada, [ 34]y esto, a un quinto o la mitad del costo, usando un 33% menos de espacio en la pared.
El aislamiento de celulosa en una aplicación de paquete denso se inserta en una pared a una densidad de aproximadamente 3,5 lbs/ft 3 . En consecuencia, una tonelada de aislamiento de celulosa aislará 571 pies 2 de nuestro muro de 12 pulgadas de profundidad propuesto. A un precio de entrega promedio de $540 por tonelada, el aislamiento de celulosa cuesta aproximadamente $0.95 por pie cuadrado de pared aislada. Esto es un poco más barato que la paja en fardos, pero todavía es aproximadamente cinco veces el precio de la cascarilla de arroz transportada 250 millas y el doble del precio de la cascarilla de arroz transportada 1500 millas.
Si el aislamiento de cáscara de arroz se compara bien con el aislamiento de fardos de paja y celulosa, ¿cuánto más deseable debería ser que esas formas de aislamiento con un bajo contenido de material reciclado y un alto contenido de energía incorporada? La industria de la construcción en los Estados Unidos demanda varios millones de toneladas de aislamiento anualmente. ¿No deberían los molinos de arroz formar una alianza con arquitectos y constructores para desplazar todas las formas de aislamiento que no se produzcan de manera ambientalmente eficiente y beneficiosa?
- En refutación, alguien podría argumentar correctamente que una pared de fardos de paja que soporta carga proporciona mucho más que un simple aislamiento. Alguien también podría argumentar que hemos comparado el valor de aislamiento teórico de las cáscaras de arroz con el valor de aislamiento instalado de las balas de paja, un caso clásico de manzanas y naranjas. Pero en la medida en que el sistema de paredes esté correctamente diseñado (sin conductividad térmica a través de los miembros estructurales), y en la medida en que las cáscaras de arroz estén uniformemente distribuidas y empaquetadas dentro de la pared (sin espacios desocupados con cáscaras), los valores teóricos e instalados deben ser los mismos.
En 1994, la industria del aislamiento de celulosa consumió 420.000 toneladas de periódicos reciclados. [35] Esta es una actividad que debe ser promovida y potenciada de todas las formas posibles. Si los molinos de arroz contribuyeran con una cantidad equivalente a la industria del aislamiento, esto constituiría solo un tercio de la producción anual de cascarilla de arroz en los Estados Unidos.
A un precio de venta promedio de $25 por tonelada y una distancia de transporte promedio de 600 millas, esto generaría cada año aproximadamente $10,5 millones de dólares en ingresos para los molinos de arroz y más de $15 millones de dólares para las empresas de transporte. Dado que Estados Unidos genera menos del 1,3 % de la producción mundial de cascarilla de arroz, el resto del mundo tiene mucho más que ganar con este uso simple y poco sofisticado de un subproducto agrícola tan abundante. Suponiendo que estamos convencidos de que la cascarilla de arroz ofrece muchas ventajas sobre los materiales aislantes convencionales, ¿cómo deberíamos construir una casa súper aislada empleando cascarilla de arroz? Suponiendo además que quisiéramos construir la estructura de esta casa casi en su totalidad con materiales de desecho agrícola, ¿cómo deberíamos proceder? Dado que las cascarillas de arroz sueltas, a diferencia de las balas de paja, no tienen valor estructural, ¿Cómo debemos construir las cavidades del piso, la pared y el techo de una casa de cáscara de arroz? La tecnología que nos permitiría crear sistemas de pisos, paredes y techos a partir de materiales celulósicos de baja calidad ya existe. Compañías como Georgia-Pacific, Louisiana Pacific, Weyerhaeuser y Boise se especializan en una variedad de productos de madera de ingeniería, como viguetas en I, madera de chapa laminada (LVL), madera de torones paralelos (PSL), madera de torones laminados (LSL), madera de torones orientados madera aserrada (OSL), madera laminada encolada (GLULAM), etc. Estos productos de madera de ingeniería ofrecen una amplia gama de ventajas sobre la madera maciza aserrada tradicional.
Están libres de nudos y otras imperfecciones. No se encogen, coronan, tuercen, arquean, rajan, agrietan ni deforman. Son más fuertes, más rígidos, más livianos, más rectos y mucho más precisos que la madera maciza aserrada. Se pueden diseñar para abarcar distancias relativamente largas, con mucha más capacidad de carga por unidad de peso. Los arquitectos pueden diseñar estructuras con mucho más espacio habitable y útil, los constructores no se enfrentan a descartes y desperdicios, y los carpinteros las encuentran fáciles de cortar e instalar.
Actualmente, el álamo temblón es la principal materia prima utilizada para fabricar muchos de estos productos de madera de ingeniería. El álamo temblón crece en los bosques y, hasta ahora, la destrucción de estos bosques ha sido una consecuencia inevitable de la fabricación de madera de ingeniería. La construcción con balas de paja llama nuestra atención de una manera tan poderosa por la sencilla razón de que hace uso de un abundante material de desecho agrícola. Al construir un muro de balas de paja de carga, no necesitamos cortar un solo árbol o impactar de ninguna manera la vida abundante y diversa que depende de los árboles. Además, no necesitamos inmovilizar un acre adicional de tierras de cultivo para producir los fardos que se necesitan para su construcción. El fardo de paja es un producto secundario o subproducto del cultivo de trigo y la elaboración de harina.
Así como la agricultura nos da la cáscara de arroz como subproducto del arroz, ¿no puede la agricultura darnos también una fuerte fibra leñosa como subproducto de otra cosa? Estamos buscando un subproducto agrícola que, como por alguna lógica interna de la naturaleza, debería parecerse al bambú en muchos aspectos. No solo debe ser de crecimiento rápido y fuerte, sino que incluso podríamos esperar encontrar una similitud notable con el bambú en términos de la estructura de la planta en sí, más específicamente, la serie de nudos y entrenudos que caracterizan el tallo o culmo. Al igual que el bambú, debe ser una hierba alta y perenne que posea una corteza o corteza exterior de paredes gruesas, pero a diferencia del bambú, podemos esperar que pueda cosecharse y utilizarse como un mero subproducto de otra cosa. Ninguna tierra tendría que ser reservada específicamente para su cultivo, y todo el equipo necesario para su cosecha, transporte y preprocesamiento ya debe estar en su lugar. ¿Dónde debemos ir para encontrar una planta tan increíble?
Ya existe. Introducida por Cristóbal Colón en el Nuevo Mundo ya en 1493, la caña de azúcar no representa nada nuevo para la agricultura en los Estados Unidos. [36]Pero desde su introducción en las Américas, se ha cultivado principalmente por la gran cantidad de sacarosa que llena su núcleo interno. Aunque toda la sacarosa de alto valor se encuentra principalmente en su interior, todo el tallo se tritura, prensa y procesa, y al hacerlo, la integridad, la fuerza y el valor de la corteza externa leñosa se destruyen por completo. En el mejor de los casos, sirve como combustible de baja calidad y, en el peor de los casos, se desecha al aire libre en grandes pilas donde eventualmente podría autoinflamarse debido a la acción de las bacterias termófilas. Es difícil entender qué estamos tirando cuando incineramos la cáscara exterior de la planta de caña de azúcar. Si comparamos la tasa de crecimiento y la calidad de la fibra de un bosque típico en el noroeste del Pacífico con la de una plantación típica de caña de azúcar en Luisiana, descubriríamos con gran asombro que el campo de caña de azúcar claramente supera al bosque por un amplio margen. En un período de tiempo equivalente, un acre de caña de azúcar puede producir casi el doble de pies tablares que un acre de bosque.
Una vez que todo el tallo o el tocho pasa a través de una prensa de molino convencional, no solo se destruye la integridad estructural de la corteza, sino que la médula y la corteza se mezclan íntimamente y se destruye cualquier posibilidad de separarlos económicamente. El núcleo interno o médula de la planta de caña de azúcar representa una fibra hemicelulósica biodegradable que tiene muy poco valor estructural, y si estamos buscando alternativas a los productos forestales convencionales, incluso una pequeña cantidad de médula en los productos de madera manufacturados sería bastante indeseable. Toda la atención, por lo tanto, se dirige a encontrar los medios para separar la cáscara de la médula antes del corte y la molienda de la caña de azúcar en el ingenio.
Hoy en día, la mayor parte de la caña en los países desarrollados se cosecha mediante una cosechadora de palanquillas. La cosechadora de palanquillas derriba el tallo y muerde la superficie de la hilera, llevándose consigo una gran cantidad de basura, como fragmentos de hierro, arena, arcilla, bolas de arcilla, piedras, ladrillos, hojas y puntas. Luego, la cosechadora corta el tallo en palanquillas de aproximadamente 8 pulgadas de largo. En el mejor de los casos, en condiciones secas, una tonelada de caña contiene 8% en peso de basura inorgánica, y en condiciones húmedas, una tonelada de caña contiene hasta 30% en peso de basura inorgánica. La fibra celulósica resistente de la caña no solo se destruye totalmente en el proceso de molienda en el ingenio, sino que esta fibra se mezcla íntimamente a veces con cantidades iguales de desechos inorgánicos.
Esta basura que ingresa al ingenio no contiene azúcar y, al salir del ingenio en forma de torta de filtración o bagazo, se lleva el azúcar. Cada uno por ciento de basura en los tochos representa una pérdida en la producción de tres libras de azúcar por tonelada de caña. Más basura significa más mantenimiento, más floculante, más cal, más gas natural, más bagazo sin quemar, más torta de filtración, más cargadores frontales, más tratamiento de agua, más estanques de sedimentación, más dragalinas para limpiar los estanques de sedimentación, más transporte, más inversión, más melaza, menos azúcar y más costo. Seguramente tiene que haber una manera de maximizar la recuperación del azúcar y minimizar el costo de producirlo, mientras que, al mismo tiempo, se preserva por completo la integridad de la corteza.
Para resolver este problema, se requieren dos tipos de separación. El primer separador, un separador de medio denso, elimina todos los desechos inorgánicos de la caña alojada, y un segundo separador, un separador mecánico, separa la médula de la cáscara.
Engineering, Separation and Recycling LLC de Washington, Louisiana, ha diseñado más de 20 separadores de medio denso que se utilizan ampliamente en el procesamiento previo de una gran variedad de tubérculos, como papas, zanahorias, salsifica y remolacha. Este mismo separador de vegetales se puede usar de manera muy efectiva para separar palanquillas de desechos inorgánicos (vea la imagen a continuación). Dado que un tocho de caña de azúcar tiene una densidad de alrededor de 1,09 RD (bastante similar a la de una papa), y dado que las bolas de arcilla, las piedras y los ladrillos tienen una densidad muy por encima de 2,00 RD, esta separación es fácil y directa.
Una vez que se elimina todo el material inorgánico de los lingotes, se envían a un separador mecánico muy moderno y sofisticado llamado "Separador Tilby". El Tilby Separator consta de un conjunto inicial de rodillos (una estación de división) donde los lingotes se cortan en dos mitades longitudinales. Posteriormente, el proceso se divide en un juego de rodillos derecho e izquierdo (una estación descorazonadora), cada juego raspa y separa la médula de la corteza. Los lingotes pasan por las estaciones de división y descortezado a una extraordinaria velocidad de 20 pies por segundo. Solo la médula se envía al extractor de jugo, mientras que la cáscara se envía a una secadora. Una vez que se seca a un contenido de humedad inferior al 2%, la corteza se puede fabricar en casi cualquier tipo de madera de ingeniería imaginable.
Dado que la estructura de la fibra y la longitud de la palanquilla original se conservan por completo en el proceso Tilby, se requiere mucho menos pegamento en la fabricación de madera de ingeniería de lo que normalmente sería el caso. Si se moldea en postes de madera de ingeniería, tenemos todo lo que se necesitaría para crear las cavidades de la pared de nuestra casa de cáscara de arroz propuesta. Si se transforman en viguetas en I de productos de madera de ingeniería, tenemos todo lo que necesitamos para crear cavidades en el piso y el techo. Alféizares, baldosas, listones de techo, incluso la fibra necesaria en la fabricación de revestimientos de fibrocemento, todo podría hacerse a partir de la fibra extremadamente robusta de la cáscara de caña de azúcar. [37] [38]
Mediante el uso de madera de ingeniería, la opción de levantar toda la estructura del suelo (pilar y viga) se presenta a un costo razonable y permite la ubicación en áreas bajas o en terreno irregular. Del mismo modo, el ático se convierte fácilmente en un espacio habitable abierto, sin obstrucciones y útil, lo que reduce en gran medida el costo promedio por pie cuadrado de la estructura. [39] Dado que la producción anual mundial de caña de azúcar en bruto se sitúa en alrededor de mil millones de toneladas, alrededor de 75 millones de toneladas de corteza seca están potencialmente disponibles para la industria de la madera diseñada. Esto casi coincide con los 100 millones de toneladas de cascarilla de arroz disponibles cada año en todo el mundo. Con estos dos subproductos del azúcar y el arroz podemos construir y aislar millones de viviendas cada año.
Como ciudadanos de una gran sociedad industrial, nos resulta difícil hacer cosas que realmente marquen la diferencia. Al elegir construir una estructura derivada en gran medida de materiales de desecho agrícola, no solo hacemos lo correcto con respecto al medio ambiente, sino que también creamos para nosotros una estructura muy superior a cualquier cosa convencionalmente disponible. Esta casa de cáscara de arroz/caña de azúcar súper aislada, cuando se diseña correctamente, [40] debería ser considerablemente más barata de construir que una estructura convencional, mientras beneficia continuamente a su propietario con facturas de servicios públicos que nunca superan en promedio más de un dólar estadounidense por día.
Por lo tanto, ¿por qué construir convencionalmente cuando es mucho más barato y mucho más sensato en todos los aspectos hacer lo contrario? Hasta ahora, siempre podíamos refugiarnos en el hecho de que mientras no seamos conscientes de lo posible, no podríamos hacerlo realidad. Pero no se trata tanto de deber y obligación, sino de encontrar formas nuevas y emocionantes de responder creativamente a la asombrosa y abrumadora belleza de nuestro Universo.
Apéndice
La primera casa de cáscara de arroz, terminada en febrero de 2004, es el hogar de Paul y Ly Olivier. Situada en la histórica ciudad de barcos de vapor de Washington, Luisiana, justo enfrente de la magnífica plantación Magnolia Ridge, [41] no se distingue de las casas construidas en la zona hace más de 150 años. Muchas de las técnicas de construcción descritas en este documento se han aplicado en la construcción de esta casa.
pablo olivier
LLC de ingeniería, separación y reciclaje
apartado de correos 250
Washington, Luisiana 70589
Teléfono: 1-337-826-5540
Correo electrónico: xpolivier@hotmail.com
Notas
- ↑ Velupillai, L., Mahin, DB, Warshaw, JW y Wailes, EJ 1996. Un estudio del mercado de sistemas y equipos de conversión de cáscara de arroz en energía, p.24, Centro Agrícola del Estado de Luisiana. "En la naturaleza, la sílice (SiO2) se presenta como siete polimorfos distintos: cuarzo, cristobalita, tridimita, coesita, stishovita, lechatelerita (vidrio de sílice) y ópalo; los dos últimos son amorfos". Drees, L., Wilding, L., Smeck, N. y Senkayi, A.1989. Minerals in Soil Environments (2da edición), p.913, "Opal es un polimorfo de sílice hidratado (SiO2.nH2O)". Ibíd., p.921
- ↑ Cementos de ceniza de cáscara de arroz: su desarrollo y aplicaciones, Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial, Viena, pp.12-13
- ↑ Juliano, B.1985. Arroz: Química y Tecnología, p. 695
- ↑ "Ningún otro despojo vegetal se acerca siquiera a la cantidad de sílice que se encuentra en las cáscaras de arroz". Beagle, EC 1978. FOA Boletín de Servicios Agrícolas 31, p.8
- ↑ Velupillai (1996), p.1
- ↑ ibíd., p.15. Véase Beagle (1978), págs. 6. "Los porcentajes de cáscara en el arroz varían mucho, pero el 20 % puede tomarse como un promedio justo". Ibíd., p.25
- ↑ Velupillai (1996), p.15
- ↑ ibíd., p.44
- ↑ ibíd., p.37. Para obtener una lista de algunos molinos de arroz en los Estados Unidos, consulte http://web.archive.org/web/20060312140454/http://www.ricecafe.com:80/newlinks2.htm (sitio eliminado; noviembre de 2010) o ftp://www.usarice.com/publish/member1.htm (requiere membresía; noviembre de 2010)
- ↑ Velupillai (1996), p.45
- ↑ Velupillai (1996), p.16
- ↑ "La cáscara de arroz tiene una conductividad térmica de aproximadamente 0,0359 W/(m.°C); los valores se comparan bien con la conductividad térmica de excelentes materiales aislantes (Houston, 1972)". Juliano (1985), p.696. Se informa que la conductividad térmica de la ceniza de cáscara de arroz es de 0,062 Wm-1.K-1. Ver ONUDI, p.21. Una prueba más reciente realizada por los servicios de I+D de Cookville, Tennessee, indica un R por pulgada de 3,024.
- ↑ Aunque las cascarillas de arroz carbonizadas se han vendido como material aislante en aplicaciones de relleno suelto con el nombre comercial de "Mehabit", es difícil encontrar pruebas de que se hayan utilizado cascarillas frescas para este fin. Ver Beagle (1978), p.132
- ↑ Beagle (1978), p.8. "El alto porcentaje de sílice en las cáscaras de arroz y la peculiar estructura de sílice-celulosa impiden una quema uniforme y completa de las cáscaras en un proceso de combustión". Velupillai (1996), p.18. "De toda la combustión de biomasa, la combustión de cáscaras de arroz (y paja) es particularmente difícil debido al alto contenido de cenizas". Ibíd., pág. 23. "Eldon Beagle prendió fuego a una pila de cáscaras de arroz de 300'x500'x50' y ardieron durante seis meses". Ibíd., pág. 24. "Sin embargo, la cáscara no se puede quemar fácil o limpiamente con exceso de aire, y la recuperación de energía es muy baja ya que el calor producido no se puede utilizar de manera beneficiosa". Ibíd., pág. 25
- ↑ ibíd., p.24
- ↑ De una conversación con Carl D. Simpson de Riceland Foods, Inc.
- ↑ Beagle (1978), p.9, citado de Burrows (109A)
- ↑ "Las concentraciones de productos químicos comúnmente agregados en el aislamiento celulósico comercial normalmente oscilan entre el 10 y el 40 % en peso. Los productos químicos comúnmente utilizados son ácido bórico, borato de sodio, sulfato de amonio, sulfato de aluminio, trihidrato de aluminio, fosfato de mono o diamonio". Boletín de servicio titulado "Borates for Fire Retardancy in Cellulosic Materials", p.5, preparado por US Borax
- ↑ Juliano (1985), p.695. Con respecto a cutin [1] (no existe tal página, noviembre de 2010)
- ↑ Juliano (1985), p.707
- ↑ Juliano (1985), p.696
- ↑ Juliano (1985), p.28
- ↑ Gran parte del lenguaje comparativo de este párrafo está tomado de Environmental Building News – Insulation Materials: Environmental Comparisons [2]
- ↑ "La EPA identifica el estireno utilizado en el aislamiento de poliestireno como un posible carcinógeno, mutágeno, toxina crónica y toxina ambiental. Además, se produce a partir de benceno, otra sustancia química con problemas ambientales y de salud". Ibíd., p.5
- ↑ "Para fabricar isocianato, un precursor del aislamiento de poliisocianurato y poliuretano, se utilizan dos productos químicos a base de cloro: fosgeno y clorhidrina de propileno". Ibíd., págs. 4-5
- ↑ "Los contaminantes más importantes que se encuentran en los materiales de aislamiento son los productos químicos a base de cloro que destruyen la capa protectora de ozono de la tierra". Ibíd., pág. 5
- ↑ "La mayoría del aislamiento de fibra de vidrio se produce utilizando un aglutinante de fenol formaldehído (PF) para mantener unidas las fibras". Ibíd., pág. 5
- ↑ Las "preocupaciones crecientes sobre la salud de la fibra de vidrio" se analizan en la página 10 de ibid.
- ↑ ibíd., págs. 10-11
- ↑ La energía incorporada se define como "la energía necesaria para producir y transportar materiales". Ibíd., pág. 8
- ↑ Juliano (1985), p.696, Velupillai (1996), p.16, Beagle (1978), p.8
- ↑ "Las cáscaras se pueden comprimir fácilmente hasta aproximadamente 0,4 g/cm 3 , y la molienda aumenta la densidad aparente de dos a cuatro veces". Juliano (1985), p.696
- ↑ Estas cifras fueron enviadas por Catherine Wanek, editora de la popular publicación de pacas de paja llamada The Last Straw
- ↑ "Luego, las mediciones mostraron que la pared (de pacas de paja) aislaba a R-27,5 (RSI-4,8). Según el grosor, esto es R-1,45 por pulgada (0,099 W/m°C), casi más de la mitad del valor más comúnmente reportado". [3] pág.2
- ↑ www.buldinggreen.com p.2 (necesita suscripción, noviembre de 2010)
- ↑ http://web.archive.org/web/20020316053751/http://www.lib.lsu.edu:80/special/exhibits/sugar/case1.html (el enlace no funciona, noviembre de 2010)
- ↑ Para más información sobre esta técnica de construcción de cascarilla de arroz [4]
- ↑ La eliminación de materiales extraños de los lingotes de caña de azúcar [5]
- ↑ Si, por ejemplo, el piso de abajo representa el 60 % del espacio habitable total a un costo de $80/ft 2 , y si el piso de arriba se puede convertir en el 40 % del espacio habitable total a un costo adicional de $10/ft 2 , entonces el costo promedio por pie 2 es de solo $52
- ↑ "El aislamiento lo suficientemente grueso y las ventanas lo suficientemente buenas pueden eliminar la necesidad de un horno, lo que representa una inversión de más capital que el costo de esas medidas de eficiencia. Mejores electrodomésticos también ayudan a eliminar el sistema de enfriamiento, ahorrando más costos de capital. Los únicos moderadamente más eficientes La casa y el automóvil cuestan más de construir, pero cuando se diseñan como sistemas completos, la casa y el automóvil supereficientes a menudo pueden costar menos que las versiones originales no mejoradas". Hawkens, P., Lovins, A. y Lovins, H. 1999. Natural Capitalism, pág. 114, Boston: Little, Brown and Company
- ↑ http://web.archive.org/web/20050624085458/http://www.cajuntravel.com:80/washington.html