De asas de avião a linhas de alta tensão e pás gigantes de turbinas eólicas, o acúmulo de gelo pode causar problemas que vão desde o desempenho prejudicado até uma falha catastrófica. Mas prevenir esse acúmulo geralmente requer sistemas de aquecimento que consomem muita energia ou sprays químicos que são prejudiciais ao meio ambiente. Agora, Os pesquisadores do MIT desenvolveram um sistema totalmente passivo, maneira movida a energia solar de combater o acúmulo de gelo.
O sistema é extremamente simples, baseado em um material de três camadas que pode ser aplicado ou mesmo pulverizado sobre as superfícies a serem tratadas. Ele coleta radiação solar, converte em calor, e espalha esse calor para que o derretimento não fique apenas confinado às áreas expostas diretamente à luz solar. E, uma vez aplicado, não requer nenhuma ação adicional ou fonte de energia. Pode até fazer o trabalho de descongelamento à noite, usando iluminação artificial.
O novo sistema é descrito hoje na revista Avanços da Ciência , em um artigo do professor associado de engenharia mecânica do MIT Kripa Varanasi e dos pós-doutorandos Susmita Dash e Jolet de Ruiter.
"O gelo é um grande problema para as aeronaves, para turbinas eólicas, linhas de força, plataformas de petróleo offshore, e muitos outros lugares, "Varanasi diz." As formas convencionais de contornar isso são sprays de degelo ou por aquecimento, mas esses têm problemas. "
Inspirado pelo sol
Os sprays de degelo usuais para aeronaves e outras aplicações usam etilenoglicol, um produto químico que não é amigo do ambiente. As companhias aéreas não gostam de usar aquecimento ativo, por razões de custo e segurança. Varanasi e outros pesquisadores investigaram o uso de superfícies superhidrofóbicas para evitar a formação de gelo passivamente, mas esses revestimentos podem ser prejudicados pela formação de gelo, que tende a preencher as texturas microscópicas que dão à superfície suas propriedades de derramamento de gelo.
Como uma linha alternativa de investigação, Varanasi e sua equipe consideraram a energia emitida pelo sol. Eles queriam ver, ele diz, se "há uma maneira de capturar esse calor e usá-lo em uma abordagem passiva." Eles descobriram que havia.
Não é necessário produzir calor suficiente para derreter a maior parte do gelo que se forma, a equipe encontrou. Tudo o que é necessário é para a camada limite, bem onde o gelo encontra a superfície, derreter o suficiente para criar uma fina camada de água, o que tornará a superfície escorregadia o suficiente para que o gelo deslize para fora. Isso é o que a equipe conseguiu com o material de três camadas que desenvolveu.
Camada por camada
A camada superior é um absorvente, que captura a luz do sol e a converte em calor. O material que a equipe usou é altamente eficiente, absorvendo 95 por cento da luz solar incidente, e perdendo apenas 3 por cento para a re-radiação, Varanasi diz
Em princípio, essa camada por si só pode ajudar a prevenir a formação de gelo, mas com duas limitações:só funcionaria nas áreas diretamente sob a luz do sol, e muito do calor seria perdido de volta para o material do substrato - a asa do avião ou linha de força, por exemplo - e não ajudaria com o degelo.
Então, para compensar a localização, a equipe adicionou uma camada de propagação - uma camada muito fina de alumínio, apenas 400 micrômetros de espessura, que é aquecido pela camada absorvente acima dela e muito eficientemente espalha esse calor lateralmente para cobrir toda a superfície. O material foi selecionado para ter "resposta térmica que seja rápida o suficiente para que o aquecimento ocorra mais rápido do que o congelamento, "Varanasi diz.
Finalmente, a camada inferior é simplesmente um isolamento de espuma, para evitar que qualquer calor seja desperdiçado e onde for necessário, na superfície.
"Além do degelo passivo, a armadilha fototérmica permanece em uma temperatura elevada, evitando assim o acúmulo de gelo, "Dash diz.
As três camadas, todos feitos de material barato disponível comercialmente, são então ligados, e pode ser ligado à superfície que precisa ser protegida. Para alguns aplicativos, os materiais podem ser pulverizados em uma superfície, uma camada de cada vez, dizem os pesquisadores.
A equipe realizou testes extensivos, incluindo testes externos reais dos materiais e medições laboratoriais detalhadas, para provar a eficácia do sistema.
O sistema pode até encontrar usos comerciais mais amplos, como painéis para evitar a formação de gelo nos telhados das casas, escolas, e outros edifícios, Varanasi diz. A equipe está planejando continuar trabalhando no sistema, testá-lo para longevidade e métodos de aplicação ideais. Mas o sistema básico pode essencialmente ser aplicado quase imediatamente para alguns usos, especialmente aplicações estacionárias, ele diz.
