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Saiba como as boas garrafas térmicas deixam o café quentinho o dia todo, ou o chá gelado

Inventada no século XIX, a garrafa térmica ainda é o dispositivo mais avançado em isolamento térmico por sua simplicidade e eficiência, tanto que nosso café quentinho é servido nos mais variados modelos, mas com a mesma tecnologia. Garrafa térmica é o nome mais popular para o vaso de Dewar, um recipiente utilizado para gerar um isolamento térmico quase perfeito, conservando a temperatura do conteúdo em seu interior por bastante tempo, evitando trocas de calor com o meio externo. A tecnologia foi desenvolvida pelo cientista escocês James Dewar que pretendia inicialmente conservar a temperatura de soluções químicas. Ele acabou não patenteado a tecnologia, o que foi mais tarde feito pela empresa Thermos para começar a comercializar as garrafas térmicas.

Mecanismo de isolamento térmico

O conceito simples e eficaz da garrafa térmica visa diminuir a influência das três formas de transferência de calor, a convecção, condução e a radiação no interior do recipiente. A garrafa térmica é construída de tal forma que diminui consideravelmente a ocorrência de todos esses processos de trocas de calor.  Existem muitas variações dos materiais utilizados para se fazer garrafas térmicas, mas o conceito é o mesmo, demonstrados pelo desenho abaixo:

 

Na figura acima vemos que a parte de armazenamento é protegida por duas superfícies espelhadas/refletivas com uma camada de vácuo/ar no meio, o que evita as três formas de transferência de calor, mantendo a temperatura interna independente da externa. Funciona assim: o vácuo tem o objetivo de evitar que ocorra a condução, pois esse processo de troca de calor necessita de um meio material para acontecer, e o vácuo, por definição, é ausência de matéria. No caso, em alguns casos, utiliza-se de uma camada de ar, pois este é o que temos de mais próximo do vácuo. As superfícies espelhadas das camadas internas evitam que aconteça troca de calor por radiação térmica, pois elas refletem as ondas de calor, bloqueando a maioria delas de entrar e influenciar no recipiente interno. A tampa normalmente é feita por material vedante, impedindo que haja contato e troca de calor entre o ar e o líquido no interior da garrafa, assim, não ocorre a convecção. Caso houvesse contato do ar com o líquido quente ou frio de dentro da garrafa, o movimento do ar faria com que ocorresse a troca de calor por meio da convecção. Dessa forma, a garrafa térmica conserva a temperatura de qualquer conteúdo colocado em seu interior, estando ele quente ou frio, controlando as três formas de transferência de calor.

O 3TC foi desenvolvido com mesmos conceitos da garrafa térmica, aprimorando as superfícies metálicas para um polímero ainda mais refletivo, e adaptando o vácuo para o EPS, que é composto por 98% de ar, tornando a tecnologia acessível e extremamente eficiente para a construção civil. Uma ideia simples, uma inovação tecnológica: conforto térmico e economia para o seu bolso.

Entenda como o 3TC se assemelha às tecnologias desenvolvidas pela NASA na Estação Espacial Internacional.

O universo é um lugar de extremos: luz, escuro, cheio, vazio, muito ou pouco espaço, quente ou frio. A vida humana tende a florescer no equilíbrio desses extremos: nos adaptamos bem com nossas tecnologias, mas sentimos mais confortáveis em lugares onde as condições consideradas “ideais”. Em geral, a Terra encaixa-se perfeitamente nesse perfil: o planeta é bastante confortável desde que você fique longe do Pólo Sul e não cair em um vulcão. Porém, a mdernidade nos trouxe mais desafios. Agora os seres humanos avançam cada vez mais na exploração do espaço não como visitantes ou controlando máquinas remoatamente, mas como colonos e exploradores, e encontrar o equilíbrio certo para o conforto da vida humana é o maior desafio.

Analisando com mais detalhe a Estação Espacial Internacional (ISS) conseguimos entender de verdade como são empregadas as melhores tecnologias desenvolvidas pelos mais renomados cientistas, e claro: isolamento térmico é uma das mais importantes. Sem tecnologia de isolamento térmico apropriada, a temperatura da Estação Espacial ficaria de um lado com 121 graus e no outro lado 157 graus negativos, o que não seria nem um pouco agradável ou sustentável para os bravos astronautas conseguirem viver lá. Para comportar a tripulação, a Estação Espacial Internacional foi projetada e construída com isolamento e controle térmico de última geração, com o mesmo conteito empregado na fabricação do 3TC. Como resultado, o isolamento para a Estação Espacial Internacional não se parece com o tapete fofo como a lã de vidro e outros que lidam apenas com a condução, o isolamento da Estação tem que ser mais eficiente, leve e fácil de instalar e reparar. A tecnologia empregada é um isolamento multicamada altamente reflexivo (ou MLI em inglês) feita de camadas de Mylar, com vácuo no meio e protegida com dacron.

Acima, à esquerda: o isolamento comum fibroso. Acima, à direita: Isolamento Multicamada utilizado na Estação Espacial Internacional, feito com a mesma tecnologia 3TC. A malha de prata reflexivo é Mylar aluminizado. “O Mylar é aluminizado de modo que a radiação solar não passe”, explica Hong. “as camadas de vácuo são responsáveis por impedir a condução entre as camadas”, continuou ele. Exceto pelas janelas, a maior parte do ISS é coberto com o MLI bloqueando a radiação. “As janelas são um vazamento de calor enorme”, disse Hong, “mas os astronautas precisam deles para a ergonomia e também para suas pesquisas. É algo que temos que considerar no projeto de isolamento térmico.” Abaixo pode-se ver a Espação Espacial Internacional no espaço, com suas tecnologias de isolamento térmico e captação de energia solar visíveis.

 

Fonte: NASA