Contribuições da Química para Soluções Rápidas de Engenharia

Autor: Prof. Me. Emanoel Igor da Silva Oliveira.
Instituição: Faculdade Área 1 DeVry, campus Paralela.
Contato: eoliveira18@area1.edu.br

   Quando se fala sobre engenharia no século XXI, ficam implícitas as noções de criação, inovação e sustentabilidade a serviço da qualidade de vida da sociedade. Neste contexto, estamos cercados de produtos e serviços indispensáveis ao padrão social atual, cujo fator mais importante é o tempo. Para o funcionamento adequado dessas tecnologias, faz-se necessária uma resposta rápida do sistema que pode ocorrer em minutos, segundos ou até em frações de segundos. O desenvolvimento de dispositivos que prontamente respondam a estímulos, internos ou externos, certamente propicia um vasto campo de possibilidades aos engenheiros. Quando esses profissionais conseguem fazer uma leitura multidisciplinar de uma situação problema – baseada nos conhecimentos adquiridos nas ciências fundamentais (química, física, biologia e matemática) e nas ciências específicas (computação, eletrônica, mecânica, desenho e automação) – são capazes de manipular a matéria e fornecer soluções criativas, inovadoras e sustentáveis. A pretensão desse texto é agrupar algumas tecnologias cujo princípio de funcionamento envolva a velocidade de fenômenos físico-químicos, de modo que os conceitos e ideias envolvidos sirvam de inspiração e possam ser estendidos a novas aplicações.

   Motociclistas estão sujeitos a colisões frequentes, com lesões que podem ocorrer em diferentes partes do corpo. Quando ocorre impacto na cabeça, uma das consequências é o aumento significativo da temperatura cerebral, um aspecto perigoso tendo em vista que as funções neurológicas podem ser comprometidas permanentemente, ou até mesmo ocorrer óbito, a depender da temperatura que se alcance. Faz-se necessário, então, um controle desse aquecimento, que pode ser conseguido via resfriamento instantâneo do local. Nesse sentido, a tecnologia dos capacetes refrigerantes surgiu como possibilidade de solução para essa questão. O impacto sobre o capacete, feito de material leve e resistente, provoca a mistura de duas substâncias, nitrato de amônio e água, ocorrendo instantaneamente um processo de dissolução bastante endotérmico (que absorve muito calor do meio), a ponto de congelar a mistura. Assim, forma-se uma camada refrigerante que envolve o crânio, mantendo a temperatura cerebral controlada até a chegada de atendimento médico especializado. [1]

fig01Figura 1. Capacete refrigerado [2] e Air-bag [3]

   Essa tecnologia mostra que a articulação entre química, design, engenharia de materiais e medicina pode fornecer soluções criativas que possibilitem salvar vidas. Os air-bags, bolsas plásticas que inflam imediatamente quando ocorre desaceleração brusca de um veículo devido colisão, são exemplos dessa interação. Com o impacto, um sensor desencadeia uma reação química que libera quantidade suficiente de nitrogênio (N2), um gás inerte que se expande rapidamente, preenchendo o recipiente e, portanto, protegendo os passageiros da colisão contra o painel. [4]

   Dispositivos para prevenção de incêndios devem ser de ação rápida, uma fez que o foco sendo controlado não há espalhamento das chamas. Exemplos desses dispositivos são os detectores de fumaça presentes em salas de cinema, teatros e estacionamentos. Os mais comuns utilizam um elemento químico radioativo emissor de partículas alfa, o Amerício-241. Essas partículas são ionizantes, ou seja, ao colidirem com outros átomos e moléculas, os transformam em íons, que são partículas carregadas eletricamente. A corrente elétrica provocada pelo fluxo desses íons dentro do detector é constante, logo o contato de partículas aquecidas da fumaça, como a fuligem, interrompe esse fluxo iônico. Esta interrupção é interpretada imediatamente como um foco de incêndio, podendo ser emitido sinal sonoro de alerta, acionamento de sprinklers (emissores de água) ou do corpo de bombeiros. [5] Princípios similares podem ser pensados para criação de novos tipos de sensores de proteção, para profissionais da indústria que lidam diariamente com substâncias letais, tais como fosgênio e cianetos, cujos limites máximos de exposição são muito pequenos, o que exige sensores sensíveis, de resposta rápida e confiável. A integração entre química nuclear segura e automação é promissora para novos dispositivos.

fig02Figura 2. Emissor de água do tipo sprinkler [6]

   Em muitas cidades, os números alarmantes de acidentes fatais no trânsito (devido à ingestão de bebidas alcoólicas) tem motivado o desenvolvimento de novas tecnologias para a redução desses índices. Hoje já existem veículos com bafômetros acoplados ao computador de bordo do veículo que não permitem a partida do motor caso o motorista esteja alcoolizado. A rapidez da resposta dos bafômetros depende do tipo de reação utilizada, sendo comuns as reações de transferência de elétrons entre o etanol contido no ar expirado pelo motorista e um composto químico presente no dispositivo, formando por exemplo um produto de coloração característica. Essa interação entre química e eletrônica, através da detecção do etanol e quantificação por um mostrador digital, tem permitido a preservação de vidas no trânsito. [7, 8]

   O lançamento de foguetes pela indústria aeroespacial é viabilizado por propelentes que liberem grande quantidade de energia em curto espaço de tempo. O projeto dos sistemas de propulsão dos foguetes deve levar em consideração, além do tempo de liberação da energia, o uso de combustíveis leves que minimizem o peso da estrutura. Para essa finalidade, é muito utilizada a combinação de hidrazina e tetróxido de nitrogênio, pois, em contato, essas substâncias inflamam espontaneamente sem presença de oxigênio (O2), condição adequada para o espaço rarefeito. Essas misturas especiais são classificadas como pares hipergólicos. [9]

fig03Figura 3. Bafômetro integrado [8], Propulsão de foguete [10] e Músculo artificial [11]

   Na engenharia biomédica, braços e pernas robóticos já são realidade. Estes dispositivos possibilitam a reinserção e reintegração de pessoas marcadas profundamente por amputações de membros. Nesse campo, uma classe promissora de materiais, os chamados materiais auto-arrumados, são surpreendentes em termos de agilidade na resposta, que se obtém através de estímulos térmicos ou elétricos. Existe um gel, constituído por polímeros, óleo de silicone e sais, que possui a capacidade de se expandir e se contrair automaticamente quando exposto a um campo elétrico. Os constituintes do gel mole se rearranjam e o material se contrai, endurecendo, portanto. Em caso de choque, mesmo que o material em sua forma rígida quebre, ao amolecer, o gel forma-se novamente numa transição reversível. [12] Diversas outras composições de géis inteligentes e estímulos poderiam ser pensados como contribuições a esse campo fascinante.

   Diante das tecnologias apresentadas, cuja velocidade de resposta depende do comportamento microscópico desses sistemas, fica evidente que a combinação de conhecimentos básicos e específicos aliados a certa dose de criatividade, enseja novas propostas e soluções. Um engenheiro deve ter visão crítica do seu entorno, enxergar possibilidades, potenciais, compreender a complexidade das situações e racionalizar o problema sempre de forma interdisciplinar. Fica lançado o desafio!

Referências:

[1] Link: http://jornalnacional.globo.com/Telejornais/JN/0,,MUL1555564-10406,00-CAPACETE+REFRIGERADO+AJUDA+A+SALVAR+VIDAS.html. Acesso em 15/04/2015.

[2] Link: http://www.thermahelm.com/gallery. Acesso em 17/04/2015.

[3] Link: http://www.motor-vision.co.uk/latest-news/cars/is-americas-fake-car-airbag-problem-going-to-affect-the-uk/. Acesso em 17/04/2015.

[4] Link: http://super.abril.com.br/tecnologia/como-funciona-airbag-752888.shtml. Acesso em 18/04/2015.

[5] Link: http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-funcionam-os-detectores-de-fumaca. Acesso em 17/04/2015.

[6] Link: http://www.schedule.net.br/hidraulica/combate-a-incendio/. Acesso em 22/04/2015.

[7] BRAATHEN, C. Hálito culpado: O princípio químico do bafômetro. Química Nova na Escola, n. 5, maio 1997.

[8] Link: http://www.tecmundo.com.br/2712-car-tech-o-carro-com-bafometro-que-nao-liga-em-caso-de-embriaguez.htm. Acesso em 26/04/2015.

[9] MOTTA, A. G. Segurança no manuseio de foguete. INPE, Ministério de Ciência e Tecnologia, São José dos Campos, 2014.

[10] Link: http://www.abal.org.br/aplicacoes/outros-setores/. Acesso 29/04/2015.

[11] Link: http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/musculos_artificiais.html. Acesso em 30/04/2015.

[12] ATKINS, P; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a Vida moderna e o Meio Ambiente. 3. Ed., Porto Alegre: Bookman, p. 68.

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Posted by Emanoel Igor

Químico e Mestre em Química Aplicada / Docente da Área 1 DeVry

This article has 1 Comment

  1. Um assunto bastante util para fazer as pessoas pensarem um pouco sobre como os princípios da Química está ajudando a humanidade, desde a sua criação no mundo até os dias de hoje.

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