Revestimento Revolucionário de Mudança de Fase Captura Calor para Foguetes, Tubulações e até sua Bebida

Spinoff é a publicação anual da NASA apresentando tecnologias da NASA comercializadas com sucesso. Essa comercialização contribuiu para o desenvolvimento de produtos e serviços nas áreas de saúde e medicina, bens de consumo, transporte, segurança pública, tecnologia da computação e recursos ambientais.

A maioria das pessoas aprecia uma bebida gelada em um dia quente sem pensar na física que acontece no copo. Mas a reação de mudança de fase — neste caso, enquanto o gelo absorve calor da bebida e derrete — é poderosa. Um revestimento que a NASA criou para aproveitar essa mesma reação pode aparecer em aviões de passageiros ou ser a chave para um cooler sem gelo.

Princípio da Mudança de Fase

Segundo o cientista de materiais do Marshall Space Flight Center, Raj Kaul, com mudanças de fase a temperatura permanece estável exatamente no ponto de transição. "Se você congelar um termômetro em um bloco de gelo e começar a aquecê-lo, a temperatura ficará em 0 °C, mesmo na parte já derretida. Só quando todo o gelo derreter a água começará a elevar sua temperatura."

Para a água, o ponto de fusão/congelamento é 0 °C, mas a NASA desenvolveu um conjunto de materiais com diferentes pontos de fusão. Inicialmente, o plano era usar esses materiais dentro de trajes espaciais, que esquentam com o acúmulo de calor corporal. No início dos anos 2000, Kaul pesquisou uma forma de usar materiais de mudança de fase no exterior do ônibus espacial. Os propulsores de foguete sólido eram protegidos por um material chamado MCC-1, "basicamente uma mistura de cortiça e epóxi", disse Kaul. "A cortiça queima e esse processo de queima também remove o calor. Além disso, ela abla — a camada simplesmente se solta, expondo novo material que passa pelo processo novamente."

Desenvolvimento do Revestimento Protetor

Como o revestimento foi projetado para queimar, permanecia o perigo de causar danos. Kaul trabalhou em um revestimento protetor que não ablacionasse e ainda mantivesse temperatura segura por baixo. Recorreu ao trabalho da NASA com materiais de mudança de fase e os usou neste novo contexto. Incorporou o material em um revestimento aplicável como tinta, o que exigiu determinar a proporção ideal de material de mudança de fase para revestimento.

Após licenciar a patente do revestimento de mudança de fase do Marshall, o empreendedor Chris Bilec fundou a PrimeBilec e está trabalhando em vários produtos, incluindo um cooler sem gelo.

Kaul desenvolveu um material "encapsulado em plástico. Quando detecta calor, absorve esse calor para passar pela transição de fase sólido-líquido. Como resultado, o calor não passa para o substrato — tudo passa por esse processo de transformação de fase." Assim, o propulsor de foguete sólido não derreteria com o calor extremo do lançamento. E graças ao epóxi ligando o revestimento a si mesmo e ao foguete, o material de mudança de fase não gotejaria ao derreter. Após testes da NASA, o material foi aprovado para uso em naves espaciais, mas nessa época o programa do ônibus espacial já havia sido descontinuado.

Aplicações Comerciais

A NASA anunciou a patente do material para licenciamento e Chris Bilec, empreendedor e veterano do Exército, a adquiriu. Bilec iniciou a PrimeBilec, em Austin, TX, e o Escritório de Transferência de Tecnologia do Marshall o conectou com Kaul. Kaul sugeriu que o revestimento tinha potencial para tinta externa de casas ou revestimento de telhado, "para que durante o dia absorva calor e à noite libere esse calor e passe pelo ciclo."

Bilec usou o material para revestir a traseira de um avião para evitar danos de calor dos motores a jato. "Para aviação, definimos o material de mudança de fase a 24 °C", aproximadamente a temperatura ambiente que a companhia aérea mantém na cabine. Usando essa temperatura, o revestimento absorverá calor que elevaria a temperatura interna.

Ele viu interesse de uma empresa que faz armadilhas de calor para hospitais do Departamento de Assuntos de Veteranos. "Eles monitoram o calor vindo dos canos no hospital", disse Bilec. "Quando esses canos ficam muito quentes, superaquecem e queimam seus sensores. Nossos produtos prolongarão a vida útil de suas armadilhas de calor."

Outra ideia é criar um "cooler sem gelo" junto com recipientes menores para lanches. Para os recipientes, o material de mudança de fase é incorporado em poliéster de grau alimentício para revestir o recipiente. Com o revestimento, a comida — ou cerveja — dentro do recipiente ficará fria por cerca de duas a quatro horas a mais, dependendo da temperatura externa.

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