Cosa hanno in comune la borsa frigo blu che metti nella borsa frigo con la tuta spaziale di un astronauta? Termodinamica e materiali a cambiamento di fase (PCM). Proprio come gli astronauti hanno bisogno di rimanere freschi quando esposti alla luce solare intensa durante una passeggiata nello spazio, le bevande calde hanno bisogno di aiuto per rimanere calde.
Uno degli scienziati che elaboravano i dati PCM per uno studio di ricerca finanziato dalla NASA presso l’Università del Missouri, il dottor Hongbin Ma, continuava a dimenticarsi del caffè ed era stanco di berlo freddo. Quindi il suo team ha utilizzato la stessa ricerca PCM per costruire una tazza con migliori proprietà termiche – la Burnout Mug – ha affermato Ma, CEO di ThermaVant Technologies LLC.
La navicella spaziale Orion siederà sul razzo SLS della NASA e riporterà gli esseri umani sulla Luna, quindi una temperatura costante nella cabina è essenziale per la sicurezza dell’equipaggio. Un materiale a cambiamento di fase (PCM) consentirà di regolare la temperatura del caffè sulla Terra, proprio come un diverso tipo di PCM. Credito immagine: Lockheed Martin Corp.
Quando gli astronauti dello Space Shuttle lavoravano nello spazio per lunghe ore, le loro tute non erano in grado di mantenere una temperatura costante e confortevole. La fisica della termodinamica – il trasferimento di energia e l’effetto che ha sulle proprietà fisiche delle sostanze – diventa complicata alle temperature estreme dello spazio. Per questo motivo è necessario un sistema di riscaldamento e raffreddamento speciale.
Per testare i progetti prima di fabbricare una nuova tuta, i tecnici utilizzano la simulazione al computer. La scelta delle giuste formule di temperatura per l’ambiente di test virtuale è stata una parte della ricerca. Ma ha anche testato e consigliato un PCM che potrebbe essere utilizzato nel sistema di raffreddamento della tuta, una versione modificata di quelli utilizzati nei veicoli spaziali.
Un sistema di controllo termico di un veicolo spaziale mantiene il veicolo alla giusta temperatura. Garantisce che l’ambiente della cabina e i macchinari siano mantenuti alle migliori temperature, secondo Scott Hansen, ingegnere termico presso il Johnson Space Center della NASA a Houston. Includendo un PCM in quel sistema, è possibile immagazzinare il calore in eccesso e rilasciarlo successivamente quando temperature estremamente fredde possono congelare la stessa tecnologia.
Il rover lunare Apollo, la stazione spaziale, la capsula Orion e i fari del nuovissimo design della tuta spaziale includevano tutti un PCM.
“Gli scambiatori di calore con materiali a cambiamento di fase sono perfettamente adatti per mantenere un ambiente abitabile e le temperature dei componenti nell’orbita lunare bassa. Se non includessimo questo tipo di sistema in Orion, l’equipaggio diventerebbe troppo caldo e poi troppo freddo”, ha detto Hansen.
Una tazza perfetta per il caffè: la ricerca sulle opzioni dei materiali a cambiamento di fase (PCM) per la NASA ha aiutato uno dei ricercatori a trovare il materiale ideale da utilizzare in una tazza che mantiene la temperatura ideale di una bevanda calda per ore. ThermAvant International ora offre tazze e bicchieri. Credito immagine: ThermAvant International LLC
Molti materiali possono trasformarsi da liquidi a solidi e viceversa, ma devono essere sicuri pur mantenendo un intervallo di temperatura definito. L’acqua si espande quando si congela e potrebbe causare una rottura nello spazio pericolosa per la vita. La cera di paraffina e i refrigeranti sono efficaci ma sono tossici per l’uomo, rendendo pericolosa una perdita. Alla fine i ricercatori hanno raccomandato un’opzione a base biologica per le tute spaziali.
Michael Merwin, direttore delle operazioni di ThermAvant con sede a Columbia, Missouri, ha affermato che le cere a base biologica si sono rivelate la soluzione perfetta per mantenere la temperatura ottimale per il caffè e per gli astronauti. In questo caso si trattava di una sostanza di soia simile alla cera d’api.
Uno scambiatore di calore a cambiamento di fase come questo utilizza un PCM che aiuterà a mantenere una temperatura confortevole nella navicella Orion. La ricerca finanziata dalla NASA sulle alternative ai materiali delle tute spaziali ha aiutato ThermAvant International LLC a sviluppare la tazza termica per caffè Burnout. Credito immagine: NASA
Tazza perfetta per il caffè
Rilasciata nel 2018, la tazza Burnout ha il diritto di definirsi una tazza perfetta per il caffè. utilizza una guarnizione sottovuoto per l’isolamento con la cera chiamata HeatZorb sigillata tra i gusci interno ed esterno. La cera è formulata per mantenere nel tempo la temperatura ideale di una bevanda calda (caffè o tè).
Non appena entra il liquido caldo, la cera assorbe rapidamente il calore in eccesso e si scioglie, ottenendo in pochi istanti una temperatura potabile. Quando il caffè inizia a raffreddarsi, il calore immagazzinato viene rilasciato al suo interno.
L’azienda sta sviluppando altri prodotti che possono utilizzare la stessa tecnologia per soddisfare esigenze specifiche in campo medico. Due in fase di sviluppo sono un piccolo contenitore per insulina e una scatola per il trasporto di organi da donatore, entrambi i quali richiedono una temperatura perfetta.
Fonte: NASA
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
