Sistem bebas daya yang terinspirasi dari bulu unta memanfaatkan isolasi dan penguapan untuk menjaga barang tetap dingin
Engine

Sistem bebas daya yang terinspirasi dari bulu unta memanfaatkan isolasi dan penguapan untuk menjaga barang tetap dingin


Peneliti MIT telah mengembangkan sistem pendingin pasif dua lapis, terbuat dari hidrogel dan aerogel, yang dapat menjaga makanan dan obat-obatan tetap dingin selama berhari-hari tanpa perlu listrik. Pada foto ini menunjukkan close-up material dua lapis, lapisan atas terdiri dari aerogel dan lapisan bawah hidrogel. Kredit: Jeffrey Grossman, et. Al

Unta telah mengembangkan pendekatan yang tampaknya berlawanan dengan intuisi untuk menjaga kesejukan sambil menghemat air di lingkungan gurun yang terik: Unta memiliki lapisan bulu isolasi yang tebal. Menerapkan pendekatan yang pada dasarnya sama, para peneliti di MIT kini telah mengembangkan sistem yang dapat membantu menjaga barang-barang seperti obat-obatan atau produk segar tetap dingin di lingkungan yang panas, tanpa memerlukan catu daya.

Kebanyakan orang tidak akan berpikir untuk mengenakan mantel bulu unta pada hari musim panas yang terik, tetapi kenyataannya banyak orang yang tinggal di gurun cenderung mengenakan pakaian luar yang berat, karena alasan yang sama. Ternyata bulu unta, atau pakaian seseorang, dapat membantu mengurangi hilangnya kelembapan sekaligus memungkinkan penguapan keringat yang cukup untuk memberikan efek pendinginan. Pengujian telah menunjukkan bahwa unta yang dicukur kehilangan kelembaban 50 persen lebih banyak daripada unta yang tidak dicukur, dalam kondisi yang sama, kata para peneliti.

Sistem baru yang dikembangkan oleh para insinyur MIT menggunakan bahan dua lapis untuk mencapai efek yang serupa. Lapisan bawah bahan, yang menggantikan kelenjar keringat, terdiri dari hidrogel, zat seperti gelatin yang sebagian besar terdiri dari air, yang terkandung dalam matriks mirip spons yang darinya air dapat dengan mudah menguap. Ini kemudian ditutup dengan lapisan atas aerogel, memainkan bagian bulu dengan menahan panas luar sambil membiarkan uap melewatinya.

Hidrogel sudah digunakan untuk beberapa aplikasi pendinginan, tetapi uji lapangan dan analisis terperinci telah menunjukkan bahwa material dua lapis baru ini, dengan ketebalan kurang dari setengah inci, dapat memberikan pendinginan lebih dari 7 derajat Celcius selama lima kali lebih lama daripada hidrogel saja. —Lebih dari delapan hari versus kurang dari dua.

Penemuan ini dilaporkan hari ini di sebuah makalah di jurnal Joule, oleh postdoc MIT Zhengmao Lu, mahasiswa pascasarjana Elise Strobach dan Ningxin Chen, Ilmuwan Riset Nicola Ferralis dan Profesor Jeffrey Grossman, kepala Departemen Ilmu dan Teknik Material.

Sistem tersebut, kata para peneliti, dapat digunakan untuk kemasan makanan untuk menjaga kesegaran dan membuka pilihan distribusi yang lebih besar bagi petani untuk menjual tanaman mereka yang mudah rusak. Ini juga memungkinkan obat-obatan seperti vaksin disimpan dengan aman saat dikirim ke lokasi terpencil. Selain menyediakan pendinginan, sistem pasif, yang ditenagai oleh panas murni, dapat mengurangi variasi suhu yang dialami barang, menghilangkan lonjakan yang dapat mempercepat pembusukan.

Ferralis menjelaskan bahwa bahan pengemas seperti itu dapat memberikan perlindungan terus-menerus terhadap makanan atau obat-obatan yang mudah busuk sepanjang jalan dari pertanian atau pabrik, melalui rantai distribusi, dan sampai ke rumah konsumen. Sebaliknya, sistem yang ada yang mengandalkan truk berpendingin atau fasilitas penyimpanan mungkin meninggalkan celah di mana lonjakan suhu dapat terjadi selama pemuatan dan pembongkaran. “Apa yang terjadi hanya dalam beberapa jam bisa sangat merugikan beberapa makanan yang mudah rusak,” katanya.

Bahan baku dasar yang digunakan dalam sistem dua lapis ini tidak mahal — aerogel terbuat dari silika, yang pada dasarnya adalah pasir pantai, murah dan berlimpah. Namun peralatan pengolahan untuk pembuatan aerogel tersebut besar dan mahal, sehingga aspek tersebut akan membutuhkan pengembangan lebih lanjut agar sistem dapat ditingkatkan untuk aplikasi yang bermanfaat. Tapi setidaknya satu perusahaan startup sudah bekerja mengembangkan pemrosesan skala besar untuk menggunakan bahan tersebut untuk membuat jendela isolasi termal.

Teknologi yang terinspirasi bulu unta memanfaatkan isolasi dan penguapan untuk menjaga produk tetap dingin

Gambar ini menunjukkan foto berlabel lapisan ganda pendingin hidrogel-aerogel transparan, menunjukkan skala dan dua lapisan. Kredit: Zhengmao Lu dan Ningxin Chen

Prinsip dasar penggunaan penguapan air untuk memberikan efek pendinginan telah digunakan selama berabad-abad dalam satu atau lain bentuk, termasuk penggunaan sistem panci ganda untuk pengawetan makanan. Ini menggunakan dua pot tanah liat, satu di dalam yang lain, dengan lapisan pasir basah di antaranya. Air menguap dari pasir keluar melalui panci luar, membuat panci bagian dalam lebih dingin. Tetapi gagasan untuk menggabungkan pendinginan evaporatif dengan lapisan isolasi, seperti yang dilakukan unta dan beberapa hewan gurun lainnya, belum benar-benar diterapkan pada sistem pendingin yang dirancang manusia sebelumnya.

Untuk aplikasi seperti kemasan makanan, transparansi bahan hidrogel dan aerogel menjadi penting, agar kondisi makanan terlihat jelas melalui kemasannya. Tetapi untuk aplikasi lain seperti obat-obatan atau pendingin ruangan, lapisan isolasi buram dapat digunakan sebagai gantinya, memberikan lebih banyak pilihan untuk desain bahan untuk penggunaan tertentu, kata Lu, yang merupakan penulis utama makalah tersebut.

Bahan hidrogel terdiri dari 97 persen air, yang secara bertahap menguap. Dalam pengaturan eksperimental, dibutuhkan 200 jam untuk lapisan hidrogel 5 milimeter, ditutupi dengan 5 milimeter aerogel, kehilangan semua kelembabannya, dibandingkan dengan 40 jam untuk hidrogel kosong. Tingkat pendinginan material dua lapis itu sedikit lebih rendah — penurunan 7 derajat Celcius (sekitar 12,6 derajat Fahrenheit) versus 8 C (14,4 F) —tetapi efeknya jauh lebih tahan lama. Setelah kelembapan hilang dari hidrogel, bahan tersebut kemudian dapat diisi ulang dengan air sehingga siklusnya dapat dimulai kembali.

Terutama di negara berkembang di mana akses ke listrik sering kali terbatas, kata Lu, bahan seperti itu bisa sangat bermanfaat. “Karena pendekatan pendinginan pasif ini sama sekali tidak bergantung pada listrik, ini memberi Anda jalur yang baik untuk penyimpanan dan distribusi produk yang mudah rusak tersebut secara umum,” katanya.


Sistem menyediakan pendinginan tanpa listrik


Informasi lebih lanjut:
Joule, Lu et al .: “Pendinginan Sub-Ambien Pasif dari Lapisan Bilayer Penguapan-Isolasi Transparan” www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30494-3, DOI: 10.1016 / j.joule.2020.10. 005

Informasi jurnal:
Joule

Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Kutipan: Sistem bebas daya yang terinspirasi dari bulu unta memanfaatkan isolasi dan penguapan untuk menjaga barang tetap dingin (2020, 11 November) diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-camel-fur-inspired-power -gratis-harnesses-isolasi-evaporation.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagu togel