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Los autoclaves, dispositivos que se utilizan para esterilizar herramientas médicas en hospitales, clínicas y consultorios médicos y dentales, requieren un suministro constante de vapor presurizado a una temperatura de alrededor de 125 grados Celsius. Esto suele ser proporcionado por calderas eléctricas o de combustible, pero en muchas áreas rurales, especialmente en los países en desarrollo, la electricidad puede no ser confiable o no estar disponible y el combustible es caro.
Hoy, un equipo de investigadores del MIT y el Instituto Indio de Tecnología han ideado una forma de generar de forma pasiva el vapor necesario, utilizando solo el poder de la luz solar, sin combustible ni electricidad. . El dispositivo, que requeriría un colector solar de alrededor de 2 metros cuadrados (o metros) para alimentar un autoclave clínico pequeño típico, podría mantener equipos seguros y estériles a bajo costo en ubicaciones remotas. Se ha probado con éxito un prototipo en Mumbai, India.
El sistema se describe hoy en el periódico Joule, en un artículo del estudiante graduado del MIT Lin Zhao, la profesora del MIT Evelyn Wang, la profesora del MIT Gang Chen y otras 10 personas del MIT y del IIT Bombay.
La clave del nuevo sistema es el uso de aerogel ópticamente transparente, un material desarrollado en los últimos años por Wang y sus colaboradores. El material es básicamente una espuma de sílice liviana, el material de la arena de la playa, y está compuesto principalmente de aire. A pesar de su ligereza, el material proporciona un aislamiento térmico eficaz, reduciendo diez veces la tasa de pérdida de calor.
Este material aislante transparente está pegado a la parte superior de lo que es esencialmente un equipo estándar de producción de agua caliente solar, que consiste en una placa de cobre con un revestimiento negro que absorbe el calor, pegada a un conjunto de tuberías en la parte superior. lado inferior. Cuando el sol calienta la placa, el agua que fluye a través de las tuberías de abajo recoge este calor. Pero con la adición de la capa aislante transparente en la parte superior, así como espejos de aluminio pulido a cada lado de la placa para dirigir la luz solar adicional a la placa, el sistema puede generar vapor a alta temperatura. en lugar de solo agua caliente. El sistema utiliza la gravedad para alimentar el agua de un tanque a la placa; el vapor luego sube a la parte superior del recinto y se descarga a través de otra tubería, que lleva el vapor presurizado al autoclave. Debe mantenerse un suministro constante de vapor durante 30 minutos para lograr una esterilización adecuada.
Dado que gran parte del mundo en desarrollo enfrenta una disponibilidad limitada de electricidad confiable o combustible asequible, "vimos esto como una oportunidad para pensar en cómo podemos construir un sistema. energía solar pasiva de bajo costo para generar vapor, en las condiciones necesarias para la esterilización en autoclave o la esterilización médica ”, dice Wang, profesora de ingeniería mecánica de Gail E. Kendall y jefa del departamento de ingeniería mecánica.
Poder probar el sistema en Mumbai fue una ventaja, dijo, debido a la “relevancia e importancia” de la ciudad como el tipo de ubicación que podría beneficiarse de este equipo generador de vapor de bajo costo.
En las pruebas de Mumbai, a pesar de que el cielo estaba brumoso y nublado, proporcionando solo un 70% de insolación en comparación con un día soleado, el dispositivo logró producir el vapor saturado necesario para la esterilización durante la media hora requerida.
La prueba se realizó con una unidad a pequeña escala, de solo un cuarto de metro cuadrado, del tamaño de una toalla de mano, pero mostró que la tasa de producción de vapor era suficiente para producirla. una unidad similar entre 1 y 3 cuadrados. Los metros serían suficientes para alimentar un autoclave de mesa del tipo que se usa normalmente en el consultorio de un médico, dice Zhao.
El principal factor limitante para el despliegue práctico de tales dispositivos es la disponibilidad de material de aerogel. Una empresa, fundada por Elise Strobach PhD & # 39; 20, quien es coautora de este artículo, ya está tratando de aumentar la producción de aerogel transparente, para su uso en ventanas de alta eficiencia térmica. Pero hasta ahora, el material solo se produce en pequeños lotes utilizando equipos de secado supercrítico de grado de laboratorio relativamente costosos, por lo que el La adopción generalizada de un sistema de esterilización de este tipo probablemente aún ocurrirá en unos pocos años, según los investigadores.
Dado que los otros componentes, con la excepción del aerogel en sí, ya están ampliamente disponibles a bajo costo en el mundo en desarrollo, la fabricación y el mantenimiento de tales sistemas pueden, en última instancia, ser prácticos en los países en desarrollo. áreas donde se utilizarían. Las piezas necesarias para el prototipo de un cuarto de metro cuadrado llegaron a menos de $ 40, dice Zhao, por lo que un sistema suficiente para un autoclave pequeño típico probablemente costaría alrededor de $ 160, una vez que el se comercializará el material de aerogel necesario. “Si podemos obtener el aerogel, todo se puede construir localmente, con proveedores locales”, dice.
El proceso también podría usarse para una variedad de otros propósitos, según el equipo. Por ejemplo, muchos sistemas de procesamiento de alimentos y bebidas se basan en vapor a alta temperatura, que generalmente es suministrado por calderas de combustibles fósiles. Los sistemas pasivos alimentados por energía solar para entregar este vapor eliminarían los costos de combustible y, por lo tanto, podrían ser una opción atractiva en muchas industrias, dicen.
En última instancia, se espera que estos sistemas sean mucho más rentables que los sistemas que concentran la luz solar en diez o más para generar vapor, ya que requieren espejos y soportes costosos, en contraposición a la simplicidad de esto. enfoque basado en aerogel.
"Este es un avance significativo", dice Ravi Prasher, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de California en Berkeley y director asociado del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que no tiene participó en este trabajo. “La producción de vapor de alta temperatura y energéticamente eficiente ha sido un desafío. Aquí, los autores han logrado ambos.
“La calidad de la investigación es muy alta”, agrega Prasher. “El acceso a técnicas de esterilización pasiva para comunidades de bajos ingresos que no tienen acceso a electricidad confiable es un gran problema. Por tanto, el dispositivo solar pasivo desarrollado por el equipo del MIT es muy importante en este sentido.
El equipo de investigación también incluyó a Bikram Bhatia, Lenan Zhang, Arny Leroy, Sungwoo Yang, Thomas Cooper y Lee Weinstein del MIT, y Manoj Yadav, Anish Modi y Shireesh Kedsare del IIT Bombay. El trabajo ha recibido el apoyo del Tata Center del MIT y del Departamento de Energía de EE. UU.
