Los camellos han desarrollado un enfoque aparentemente contradictorio para mantenerse frescos mientras se conserva el agua en un ambiente desértico abrasador: tienen una gruesa capa de piel aislante. Aplicando esencialmente el mismo enfoque, los investigadores del MIT ahora han desarrollado un sistema que podría ayudar a mantener cosas comoproductos farmacéuticos o productos frescos se enfrían en ambientes cálidos, sin la necesidad de una fuente de alimentación.
La mayoría de la gente no pensaría en usar un abrigo de pelo de camello en un día caluroso de verano, pero de hecho, muchas personas que viven en el desierto tienden a usar prendas exteriores pesadas, esencialmente por la misma razón. Resulta que un abrigo de camello, o la ropa de una persona, pueden ayudar a reducir la pérdida de humedad y, al mismo tiempo, permitir la evaporación del sudor suficiente para proporcionar un efecto de enfriamiento. Las pruebas han demostrado que un camello afeitado pierde un 50 por ciento más de humedad que uno sin afeitar, en condiciones idénticas,dicen los investigadores.
El nuevo sistema desarrollado por los ingenieros del MIT utiliza un material de dos capas para lograr un efecto similar. La capa inferior del material, que sustituye a las glándulas sudoríparas, consiste en hidrogel, una sustancia similar a la gelatina que consiste principalmente en agua, contenida en una esponja-como una matriz de la que el agua puede evaporarse fácilmente. Luego se cubre con una capa superior de aerogel, que desempeña el papel de piel al mantener fuera el calor externo mientras se deja pasar el vapor.
Los hidrogeles ya se utilizan para algunas aplicaciones de enfriamiento, pero las pruebas de campo y el análisis detallado han demostrado que este nuevo material de dos capas, de menos de media pulgada de espesor, puede proporcionar un enfriamiento de más de 7 grados Celsius durante cinco veces más que elhidrogel solo: más de ocho días versus menos de dos.
Los hallazgos se informan hoy en un artículo en la revista julio , por el postdoctorado del MIT Zhengmao Lu, los estudiantes de posgrado Elise Strobach y Ningxin Chen, la científica investigadora Nicola Ferralis y el profesor Jeffrey Grossman, jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
El sistema, dicen los investigadores, podría usarse para el envasado de alimentos para preservar la frescura y abrir mayores opciones de distribución para que los agricultores vendan sus cultivos perecederos. También podría permitir que los medicamentos como las vacunas se mantengan de manera segura mientras se entregan a lugares remotosAdemás de proporcionar refrigeración, el sistema pasivo, alimentado exclusivamente por calor, puede reducir las variaciones de temperatura que experimentan las mercancías, eliminando picos que pueden acelerar el deterioro.
Ferralis explica que tales materiales de empaque podrían brindar una protección constante de alimentos o medicamentos perecederos desde la granja o fábrica, a través de la cadena de distribución y hasta el hogar del consumidor. En contraste, los sistemas existentes que dependen de camiones refrigeradoso las instalaciones de almacenamiento pueden dejar espacios donde pueden ocurrir picos de temperatura durante la carga y descarga. "Lo que sucede en solo un par de horas puede ser muy perjudicial para algunos alimentos perecederos", dice.
Las materias primas básicas involucradas en el sistema de dos capas son económicas: el aerogel está hecho de sílice, que es esencialmente arena de playa, barata y abundante. Pero el equipo de procesamiento para hacer el aerogel es grande y costoso, por lo que ese aspectorequerirá un mayor desarrollo con el fin de ampliar el sistema para aplicaciones útiles. Pero al menos una empresa de nueva creación ya está trabajando en el desarrollo de un procesamiento a gran escala para utilizar el material en la fabricación de ventanas térmicamente aislantes.
El principio básico de utilizar la evaporación del agua para proporcionar un efecto de enfriamiento se ha utilizado durante siglos de una forma u otra, incluido el uso de sistemas de doble olla para la conservación de alimentos. Estos utilizan dos ollas de barro, una dentro de la otra,con una capa de arena húmeda en el medio. El agua se evapora de la arena a través de la olla exterior, dejando la olla interior más fría. Pero la idea de combinar tal enfriamiento por evaporación con una capa aislante, como hacen los camellos y algunos otros animales del desierto, no harealmente se ha aplicado antes a los sistemas de refrigeración diseñados por humanos.
Para aplicaciones como el envasado de alimentos, la transparencia de los materiales de hidrogel y aerogel es importante, lo que permite que el estado de los alimentos se vea claramente a través del paquete. Pero para otras aplicaciones como productos farmacéuticos o refrigeración de espacios, una capa aislante opaca podríaen su lugar, brindando aún más opciones para el diseño de materiales para usos específicos, dice Lu, quien fue el autor principal del artículo.
El material de hidrogel está compuesto por un 97 por ciento de agua, que se evapora gradualmente. En la configuración experimental, una capa de 5 milímetros de hidrogel, cubierta con 5 milímetros de aerogel, tardó 200 horas en perder toda su humedad, en comparación con40 horas para el hidrogel desnudo. El nivel de enfriamiento del material de dos capas fue ligeramente menor, una reducción de 7 grados Celsius aproximadamente 12,6 grados Fahrenheit frente a 8 C 14,4 F, pero el efecto fue mucho más duradero. Una vezla humedad desaparece del hidrogel, el material se puede recargar con agua para que el ciclo pueda comenzar de nuevo.
Especialmente en los países en desarrollo donde el acceso a la electricidad a menudo es limitado, dice Lu, tales materiales podrían ser de gran beneficio. "Debido a que este enfoque de enfriamiento pasivo no depende en absoluto de la electricidad, esto le brinda una buena vía para el almacenamiento y distribución deesos productos perecederos en general ", dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :