Tecnologia Científica

Sistema sem energia aproveita a evaporação para manter os itens resfriados
Inspirado na pele de camelo, um novo material de duas camadas pode fornecer resfriamento prolongado para preservar o frescor de produtos perecíveis.
Por David L. Chandler - 16/11/2020


Os pesquisadores do MIT desenvolveram um sistema de resfriamento passivo de duas camadas, feito de hidrogel e aerogel, que pode manter alimentos e produtos farmacêuticos resfriados por dias sem a necessidade de eletricidade. Nesta foto que mostra um close-up do material de duas camadas, a camada superior consiste em aerogel e a camada inferior de hidrogel. Créditos:Cortesia dos pesquisadores

Os camelos desenvolveram uma abordagem aparentemente contra-intuitiva para se refrescar enquanto conservam a água em um ambiente desértico escaldante: eles têm uma espessa camada de pele isolante. Aplicando essencialmente a mesma abordagem, os pesquisadores do MIT desenvolveram um sistema que pode ajudar a manter produtos como produtos farmacêuticos ou produtos frescos frios em ambientes quentes, sem a necessidade de fonte de alimentação.

A maioria das pessoas não pensaria em usar um casaco de pêlo de camelo em um dia quente de verão, mas na verdade muitas pessoas que vivem no deserto tendem a usar roupas externas pesadas, essencialmente pela mesma razão. Acontece que o casaco de um camelo, ou a roupa de uma pessoa, pode ajudar a reduzir a perda de umidade e, ao mesmo tempo, permitir a evaporação do suor suficiente para proporcionar um efeito de resfriamento. Testes mostraram que um camelo raspado perde 50% mais umidade do que um não barbeado, em condições idênticas, dizem os pesquisadores.

O novo sistema desenvolvido pelos engenheiros do MIT usa um material de duas camadas para obter um efeito semelhante. A camada inferior do material, substituindo as glândulas sudoríparas, consiste em hidrogel, uma substância semelhante à gelatina que consiste principalmente em água, contida em uma matriz esponjosa da qual a água pode evaporar facilmente. Em seguida, ele é coberto com uma camada superior de aerogel, desempenhando o papel de pêlo, mantendo o calor externo de fora, enquanto permite a passagem do vapor.

Hidrogéis já são usados ​​para algumas aplicações de resfriamento, mas testes de campo e análises detalhadas mostraram que este novo material de duas camadas, com menos de meia polegada de espessura, pode fornecer resfriamento de mais de 7 graus Celsius por cinco vezes mais do que o hidrogel sozinho - mais de oito dias contra menos de dois.

As descobertas estão sendo relatadas hoje em um artigo na revista Joule , pelo pós-doutorando do MIT Zhengmao Lu, pelos estudantes de graduação Elise Strobach e Ningxin Chen, pelo cientista pesquisador Nicola Ferralis e pelo professor Jeffrey Grossman, chefe do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais.

O sistema, dizem os pesquisadores, poderia ser usado para embalagens de alimentos para preservar o frescor e abrir mais opções de distribuição para os agricultores venderem seus produtos perecíveis. Também pode permitir que medicamentos como as vacinas sejam guardados com segurança enquanto são entregues em locais remotos. Além de fornecer refrigeração, o sistema passivo, movido exclusivamente a calor, pode reduzir as variações de temperatura que as mercadorias sofrem, eliminando picos que podem acelerar o seu desgaste.

Ferralis explica que esses materiais de embalagem podem fornecer proteção constante de alimentos ou medicamentos perecíveis desde a fazenda ou fábrica, passando pela cadeia de distribuição e até a casa do consumidor. Em contraste, os sistemas existentes que dependem de caminhões refrigerados ou instalações de armazenamento podem deixar lacunas onde podem ocorrer picos de temperatura durante o carregamento e descarregamento. “O que acontece em apenas algumas horas pode ser muito prejudicial para alguns alimentos perecíveis”, diz ele.

As matérias-primas básicas envolvidas no sistema de duas camadas são baratas - o aerogel é feito de sílica, que é essencialmente areia de praia, barata e abundante. Mas o equipamento de processamento para fazer o aerogel é grande e caro, de modo que esse aspecto exigirá mais desenvolvimento a fim de dimensionar o sistema para aplicações úteis. Mas pelo menos uma empresa iniciante já está trabalhando no desenvolvimento desse processamento em grande escala para usar o material para fazer janelas com isolamento térmico.

O princípio básico de usar a evaporação da água para fornecer um efeito de resfriamento tem sido usado por séculos de uma forma ou de outra, incluindo o uso de sistemas de vaso duplo para preservação de alimentos. Eles usam dois potes de barro, um dentro do outro, com uma camada de areia úmida entre eles. A água evapora da areia para o pote externo, deixando o refrigerador interno do pote. Mas a ideia de combinar esse resfriamento evaporativo com uma camada isolante, como fazem os camelos e alguns outros animais do deserto, não foi realmente aplicada a sistemas de resfriamento projetados por humanos antes.

Para aplicações como embalagens de alimentos, a transparência dos materiais de hidrogel e aerogel é importante, permitindo que a condição do alimento seja claramente vista através da embalagem. Mas para outras aplicações, como produtos farmacêuticos ou refrigeração de ambientes, uma camada isolante opaca pode ser usada, fornecendo ainda mais opções para o design de materiais para usos específicos, diz Lu, que foi o autor principal do artigo.

O material hidrogel é composto de 97% de água, que gradualmente evapora. Na configuração experimental, levou 200 horas para uma camada de hidrogel de 5 milímetros, coberta com 5 milímetros de aerogel, perder toda a sua umidade, em comparação com 40 horas para o hidrogel puro. O nível de resfriamento do material de duas camadas foi ligeiramente menor - uma redução de 7 graus Celsius (cerca de 12,6 graus Fahrenheit) versus 8 C (14,4 F) - mas o efeito foi muito mais duradouro. Uma vez que a umidade tenha desaparecido do hidrogel, o material pode ser recarregado com água para que o ciclo possa começar novamente.

Especialmente nos países em desenvolvimento, onde o acesso à eletricidade é frequentemente limitado, Lu diz, esses materiais podem ser de grande benefício. “Como essa abordagem de resfriamento passivo não depende de eletricidade, isso oferece um bom caminho para armazenamento e distribuição desses produtos perecíveis em geral”, diz ele.

 

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