Combustíveis líquidos com alta densidade de energia são essenciais em muitas aplicações onde a energia química é convertida em movimento controlado, como em foguetes, turbinas a gás, caldeiras e certos motores de veículos. Além de suas características de combustão e desempenho, também é importante garantir a segurança e estabilidade desses combustíveis tanto em uso quanto durante o transporte e armazenamento.
Um perigo comum ao lidar com combustíveis líquidos é que eles podem evaporar rapidamente se houver espaço, produzindo nuvens de gases altamente inflamáveis. Como se poderia esperar, isso pode levar a explosões catastróficas ou acidentes de incêndio. Para resolver esse problema, os pesquisadores consideraram o uso de combustíveis gelificados, ou combustíveis transformados em substâncias espessas semelhantes a gel a partir de temperaturas frias. No entanto, há muitos aspectos a serem otimizados e obstáculos a serem superados antes que os combustíveis gelificados possam ir além da fase de pesquisa.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Prof. Naoki Hosoya do Shibaura Institute of Technology (SIT) e Prof. Shingo Maeda do Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japão, investigou recentemente uma solução mais convincente para o problema de segurança dos combustíveis líquidos, a saber armazená-los dentro de redes de gel polimérico. Em seu estudo, a equipe analisou o desempenho, vantagens e limitações do armazenamento de etanol, um combustível líquido comum, dentro de um gel de poli(N-isopropilacrilamida) reticulado quimicamente (PNIPPAm). Este artigo foi publicado no Chemical Engineering Journal .

Primeiro, eles verificaram se as moléculas de etanol presas nas longas e quimicamente entrelaçadas cadeias de polímeros PNIPAAm ajudaram a reduzir sua taxa de evaporação. Para testar isso, os pesquisadores criaram pequenas esferas de gel PNIPAAm carregadas com etanol e as colocaram em uma balança eletrônica para registrar como a massa mudava à medida que o etanol vaporizava. Eles também realizaram esse experimento com uma poça equivalente de etanol, com aproximadamente a mesma área de superfície e massa que a esfera de gel.

Eles descobriram que armazenar etanol dentro do gel de polímero suprimiu completamente a tendência do combustível de vaporizar rapidamente. Isso provavelmente se deve ao modo como as moléculas de etanol estão "presas" no gel, como explica o Prof. Hosoya que "o gel polimérico contém inúmeras cadeias poliméricas tridimensionais que são quimicamente reticuladas de maneira forte. Essas cadeias ligam as moléculas de etanol através de várias interações físicas, limitando sua evaporação no processo." Curiosamente, o gel carregado não se comporta como uma toalha molhada. Enquanto uma toalha molhada liberaria seu líquido se torcido, o gel polimérico não liberava etanol facilmente sob forças externas.

Com o problema da evaporação resolvido, a equipe passou a examinar as características reais de combustão do etanol na rede de gel polimérico para ver se eles queimavam com eficiência. Eles acenderam esferas de gel carregadas com etanol de vários tamanhos e observaram as mudanças em seus perfis de massa e forma em tempo real. Com base nisso, eles determinaram que a queima das esferas de gel PNIPAAm carregadas consistia em duas fases:uma fase dominada pela queima de etanol puro, seguida por uma segunda fase dominada pela queima do próprio polímero PNIPAAm.

Por meio de uma análise teórica subsequente desses resultados, a equipe chegou a uma conclusão importante:a primeira e principal fase de combustão das esferas de gel PNIPAAm carregadas segue um modelo de temperatura de gota constante, também conhecido como "d ² O que isso significa é que a queima do gel carregado com etanol pode ser descrita pelo mesmo modelo usado para gotículas de combustível líquido, sugerindo que seus desempenhos de combustão devem ser semelhantes.

No geral, este estudo é um trampolim para novas maneiras de transportar e armazenar com segurança combustíveis líquidos dentro de géis de polímeros, o que pode salvar muitas vidas. "O armazenamento de gel polimérico pode prevenir explosões e acidentes de incêndio, reduzindo drasticamente a evaporação de combustíveis e, por sua vez, a formação de misturas gasosas inflamáveis, que podem ocorrer facilmente após um vazamento em uma instalação de armazenamento", explica o Prof. Hosoya. "Muito trabalho ainda precisa ser feito nessa frente, como verificar a estabilidade e o desempenho de géis poliméricos em diferentes condições de temperatura, pressão e umidade, bem como desenvolver procedimentos de fabricação mais simples e melhores maneiras de usar esses géis carregados de combustível em motores reais." + Explorar mais

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