El material que refrigera sin electricidad inspirado en la piel de camello

 

Los materiales se mantienen más fríos cuando el agua se evapora de ellos, pero una vez que todo el agua se ha evaporado, el efecto refrigerante se detiene. Teniendo esto en mente, los científicos del MIT han desarrollado un material inspirado en la piel de camello que podría mantener los objetos frescos sin usar electricidad.

El pelaje del camello actúa como una capa aislante, protegiendo la piel del animal del calor externo y permitiendo que el sudor se evapore. Como resultado, el efecto de enfriamiento por evaporación dura más tiempo – el camello todavía suda, pero no tanto como lo haría un hipotético animal de piel desnuda antes de deshidratarse.

El material del MIT funciona de manera similar, ya que consiste en una capa de hidrogel en la parte inferior, cubierta con una capa de aerogel poroso a base de sílice en la parte superior. El hidrogel está compuesto por un 97% de agua, que se evapora a medida que el gel se calienta, reduciendo así la temperatura del gel.

El aerogel tiene una conductividad térmica muy baja, lo que significa que no absorbe mucho calor de su entorno. Esto significa que el hidrogel que está debajo de él se mantiene más fresco de lo que sería de otra manera, por lo que su efecto de enfriamiento por evaporación es prolongado.

En las pruebas de laboratorio, una capa desnuda de 5 mm del hidrogel perdió toda su agua por evaporación en 40 horas, a una temperatura ambiente de 30ºC.

Sin embargo, una vez que el hidrogel se cubrió con una capa de 5 mm del aerogel, duró 200 horas a la misma temperatura antes de resecarse. El efecto de enfriamiento por evaporación redujo la temperatura del material compuesto en 7 ºC, en comparación con los 8 ºC del hidrogel simple desnudo pero de menor duración.

Además, una vez que el hidrogel se seca, el material refrigerante puede volver a funcionar simplemente añadiendo más agua.

La producción del aerogel implica actualmente un equipo grande y costoso, por lo que los investigadores están buscando alternativas más prácticas y baratas.

Se espera que el material inspirado en el pelo de camello pueda encontrar uso en los países en desarrollo o en otros lugares que carecen de infraestructura, para el envío y almacenamiento de alimentos y medicinas.

Más información: www.cell.com

Vía mit.edu

10 La tecnologia inspirada en la piel de camello aprovecha la 1

Esta foto muestra una vista lateral de una bicapa de enfriamiento de hidrogel-aerogel transparente. Crédito: Zhengmao Lu y Ningxin Chen

Los científicos han desarrollado una tecnología de enfriamiento pasivo de dos capas inspirada en la forma en que los camellos se mantienen frescos en el cálido sol del desierto. La capa inferior de hidrogel de la tecnología actúa como las glándulas sudoríparas de un camello, reduciendo la temperatura a través del agua que se evapora, mientras que la capa superior de aerogel funciona como piel, aislando del calor exterior y dejando pasar el vapor de agua. La investigación, publicada hoy (11 de noviembre de 2020) en la revista Joule, demuestra que el diseño mantiene los productos fríos cinco veces más que los enfoques convencionales de una sola capa.

“Si bien la investigación anterior sobre enfriamiento pasivo se centró en imitar la evaporación de las glándulas sudoríparas en los mamíferos, en este trabajo identificamos el papel crucial del aislamiento de la piel”, dice Jeffrey Grossman, jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Instituto de Tecnología de Massachusetts y un autor principal del estudio. “Al imitar el sistema de doble piel / glándula en los camellos, diseñamos una bicapa de aislamiento de evaporación, que, como en el caso del camello, permite una extensión significativa del tiempo de enfriamiento por evaporación pasiva para la misma cantidad de consumo de agua”.

A medida que el clima se calienta y la tecnología se vuelve cada vez más necesaria para mantener frescos los edificios y preservar los alimentos y los productos farmacéuticos, los científicos están en la búsqueda de métodos de enfriamiento pasivo que no requieran fuentes de energía externas. Aunque los enfoques basados ​​en la evaporación de hidrogeles presentan una de las soluciones de enfriamiento pasivo más prometedoras, tienden a requerir cantidades significativas de agua y tienen un potencial limitado para su uso a largo plazo.

Al pensar en estos problemas en términos de fisiología animal del desierto, Grossman y sus colegas se dieron cuenta de que faltaba un componente clave en las tecnologías de enfriamiento evaporativo existentes.

“Los zoólogos han informado que un camello esquilado tiene que aumentar el gasto de agua para sudar en un 50% durante el día en comparación con el que tiene un abrigo de lana natural”, dice Grossman. “Y así, para minimizar la pérdida de agua mientras preservamos el poder de enfriamiento de la evaporación y, por lo tanto, extender las capacidades de enfriamiento durante períodos de tiempo más largos, dirigimos nuestra atención a la naturaleza”.


Para imitar la capa de piel de un camello, los investigadores sintetizaron aerogeles de sílice hidrófobos y altamente porosos con aproximadamente la mitad de la conductividad térmica del aire, luego los combinaron con hidrogeles que imitan las glándulas sudoríparas. Luego, el equipo probó una muestra de la bicapa resultante en una cámara cerrada con temperatura ambiente y humedad relativa controladas, demostrando que la muestra podía mantener una temperatura de 7 grados. Celsius más bajo que sus alrededores. Una tecnología de enfriamiento con solo la capa de hidrogel podría mantener una temperatura ligeramente más baja, pero la tecnología de bicapa duró mucho más. Una capa de hidrogel de 5 milímetros cubierta por un aerogel de 5 milímetros mantuvo su temperatura durante 200 horas antes de que se agotara su humedad y fuera necesario recargarla con agua, mientras que una capa de hidrogel sola persistió durante solo 40 horas.

Debido a su capacidad para mantener los objetos fríos durante un período prolongado sin electricidad, la tecnología de enfriamiento pasivo de dos capas podría permitir a los distribuidores enviar, transportar y almacenar temporalmente productos sin aire acondicionado, un servicio que sería especialmente útil en regiones del mundo. donde la electricidad sigue siendo escasa.

“Esta tecnología también podría permitir una miniaturización significativa de las tecnologías de evaporación convencionales, ya que proporciona un enfriamiento efectivo en movimiento durante más tiempo para cualquier cantidad de agua proporcionada”, dice Grossman. “También puede ayudar potencialmente a la gestión térmica de edificios donde la demanda de refrigeración ha aumentado rápidamente”.

Sin embargo, la capa de aerogel que le da a la tecnología su ventaja actualmente limita su capacidad para ampliarse para un uso generalizado. “Si bien el costo del material de nuestro aerogel es bajo, el costo de fabricación es actualmente el cuello de botella para la escalabilidad debido a un paso de secado de punto crítico”, dice Grossman, señalando que uno de los coautores, Elise Strobach, ha cofundado una empresa empresa para perseguir la producción escalable de aerogeles transparentes para aplicaciones de ventanas de construcción.

Referencia: “Enfriamiento pasivo subambiente a partir de una bicapa transparente de evaporación-aislamiento” por Lu et al., 11 de noviembre de 2020, Joule.
DOI: 10.1016 / j.joule.2020.10.005

Pilar Benegas
Pilar Benegas es una reconocida periodista con amplia experiencia en importantes medios de USA, como LaOpinion, Miami News, The Washington Post, entre otros. Es editora en jefe de Es de Latino desde 2019.

https://www.esdelatino.com/la-tecnologia-inspirada-en-la-piel-de-camello-aprovecha-la-evaporacion-para-mantener-los-productos-frescos-sin-energia/

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