Investigadores crearon un sistema para enfriar objetos sin gastar energía

Ciencia tecnología e innovación El Mundo Al Instante 13 de noviembre de 2020
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Los camellos han desarrollado un método aparentemente contrario a la intuición para mantenerse frescos mientras conservan el agua en un ambiente desértico abrasador: poseen una gruesa capa de piel aislante.

Aplicando esencialmente el mismo enfoque, unos investigadores del MIT han desarrollado ahora un sistema que podría ayudar a mantener cosas como los productos farmacéuticos o los productos frescos a baja temperatura en ambientes calientes, sin necesidad de una fuente de alimentación.

A la mayoría de la gente no se le ocurriría llevar un abrigo de pelo de camello en un día caluroso de verano, pero de hecho muchas personas que viven en el desierto tienden a llevar prendas exteriores pesadas, esencialmente por la misma razón. Resulta que el abrigo de camello, o la ropa de una persona, pueden ayudar a reducir la pérdida de humedad mientras que al mismo tiempo permiten la suficiente evaporación del sudor 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, según 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 un hidrogel, una sustancia gelatinosa que consiste principalmente en agua, contenida en una matriz parecida a una esponja de la que el agua puede evaporarse fácilmente. Esta se cubre entonces con una capa superior de aerogel, que hace la función de pelaje al mantener fuera el calor externo mientras permite el paso del vapor.

Los hidrogeles ya se utilizan para algunas aplicaciones de enfriamiento, pero las pruebas de campo y los análisis detallados 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 centígrados durante cinco veces más tiempo que el hidrogel solo, más de ocho días frente a menos de dos.

Los resultados se publicaron en un artículo de la revista Joule, por el postdoctorado del MIT Zhengmao Lu, los estudiantes graduados Elise Strobach y Ningxin Chen, la investigadora Nicola Ferralis y el profesor Jeffrey Grossman, jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

El sistema, dicen los investigadores, podría utilizarse para el envasado de alimentos a fin de preservar su frescura y abrir mayores opciones de distribución para que los agricultores vendan sus cultivos perecederos. También podría permitir que medicinas como las vacunas se mantengan seguras al ser entregadas en lugares remotos. Además de proporcionar refrigeración, el sistema pasivo, alimentado exclusivamente por calor, puede reducir las variaciones de temperatura que experimentan los productos, eliminando los picos que pueden acelerar su deterioro.

Ferralis explica que esos materiales de embalaje podrían proporcionar una protección constante de los alimentos o las drogas perecederas desde la granja o la fábrica, pasando por la cadena de distribución, hasta llegar al hogar del consumidor. Por el contrario, los sistemas existentes que dependen de camiones refrigerados o instalaciones de almacenamiento pueden dejar huecos en los que pueden producirse 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 que intervienen en el sistema de dos capas son baratas: 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 caro, por lo que este aspecto requerirá un mayor desarrollo para ampliar el sistema para aplicaciones útiles. Pero al menos una empresa de nueva creación ya está trabajando en el desarrollo de este tipo de procesamiento a gran escala para utilizar el material para hacer 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 los alimentos. Estos usan dos vasijas de arcilla, una dentro de la otra, con una capa de arena húmeda en medio. El agua se evapora de la arena hacia fuera a través de la olla exterior, dejando la olla interior más fría. Pero la idea de combinar este enfriamiento por evaporación con una capa aislante, como hacen los camellos y algunos otros animales del desierto, no se ha aplicado antes a los sistemas de enfriamiento diseñados por nosotros.

Para aplicaciones como el envasado de alimentos, la transparencia de los materiales de hidrogel y aerogel es importante, permitiendo que la condición de los alimentos se vea claramente a través del envase. Pero para otras aplicaciones como los productos farmacéuticos o la refrigeración del espacio, podría utilizarse una capa aislante opaca en su lugar, proporcionando aún más opciones para el diseño de materiales para usos específicos, dice Lu, que fue el autor principal del artículo.

El material de hidrogel está compuesto por un 97% de agua, que se evapora gradualmente. En el montaje experimental, una capa de hidrogel de 5 milímetros, cubierta con 5 milímetros de aerogel, tardó 200 horas en perder toda su humedad, en comparación con las 40 horas del hidrogel desnudo. El nivel de enfriamiento del material de dos capas fue ligeramente menor, una reducción de 7 grados centígrados frente a los 8 grados centígrados, pero el efecto fue mucho más duradero. Una vez que la humedad se ha ido del hidrogel, el material puede ser recargado con agua para que el ciclo pueda comenzar de nuevo.

Especialmente en los países en desarrollo donde el acceso a la electricidad es a menudo limitado, dice Lu, tales materiales podrían ser de gran beneficio. “Debido a que este método de enfriamiento pasivo no depende en absoluto de la electricidad, esto le da una buena vía para el almacenamiento y la distribución de esos productos perecederos en general”, dice.

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