Creado un sistema que puede esterilizar herramientas médicas usando calor solar

El dispositivo podría proporcionar vapor presurizado para hacer funcionar autoclaves sin necesidad de electricidad en áreas fuera de la red.Investigadores del MIT y el Instituto Indio de Tecnología han ideado una forma de generar el vapor que requieren los autoclaves utilizando solo la energía de la luz solar para ayudar a mantener equipos seguros y estériles a bajo costo en ubicaciones remotas.
David L. Chandler | Oficina de noticias del MIT
Créditos: Foto: Cortesía de los investigadores. Editado por MIT News.

Los autoclaves, los dispositivos que se utilizan para esterilizar herramientas médicas en hospitales, clínicas y consultorios de médicos y dentistas, requieren un suministro constante de vapor presurizado a una temperatura de aproximadamente 125 grados Celsius. Por lo general, esto es proporcionado por calderas eléctricas o de combustible, pero en muchas áreas rurales, especialmente en el mundo en desarrollo, la energía puede ser poco confiable o no disponible, y el combustible es caro.

Ahora, un equipo de investigadores del MIT y el Instituto Indio de Tecnología ha ideado una forma de generar el vapor necesario de forma pasiva, utilizando solo la energía de la luz solar, sin necesidad de combustible ni electricidad. El dispositivo, que requeriría un colector solar de aproximadamente 2 metros cuadrados (o yardas) para alimentar un autoclave típico de una clínica pequeña, podría mantener equipos estériles y seguros a bajo costo en ubicaciones remotas. Se probó con éxito un prototipo en Mumbai, India.

El sistema se describe hoy en la revista Joule, en un artículo del estudiante graduado del MIT Lin Zhao, la profesora Evelyn Wang del MIT, la profesora Gang Chen del MIT y otros 10 en el MIT y el IIT de Bombay.

La clave del nuevo sistema es el uso de aerogel ópticamente transparente, un material desarrollado durante los últimos años por Wang y sus colaboradores. El material es esencialmente una espuma ligera hecha de sílice, el material de la arena de la playa, y consiste principalmente en 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 se adhiere a la parte superior de lo que es esencialmente un equipo estándar para producir agua caliente solar, que consiste en una placa de cobre con una capa negra absorbente de calor, adherida a un conjunto de tuberías en la parte inferior. A medida que el sol calienta la placa, el agua que fluye a través de las tuberías de debajo recoge ese calor. Pero con la adición de la capa aislante transparente en la parte superior, más 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 sale a través de otra tubería, que lleva el vapor presurizado al autoclave. Se debe mantener 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 crear potencialmente un sistema pasivo de bajo costo impulsado por energía solar para generar vapor, en las condiciones que son necesarios para la esterilización en autoclave o médica ”, explica Wang, quien es la Profesora Gail E. Kendall de Ingeniería Mecánica y jefa del departamento de ingeniería mecánica.

Poder probar el sistema en Mumbai fue una ventaja, dice, debido a la «relevancia e importancia» de la ciudad como el tipo de ubicación que podría beneficiarse de un equipo de generación de vapor de bajo costo.

En las pruebas de Mumbai, aunque el cielo estaba brumoso y nublado, proporcionando solo un 70 por ciento de insolación en comparación con un día soleado, el dispositivo logró producir el vapor saturado necesario para la esterilización durante el período de media hora requerido.

La prueba se llevó a cabo con una unidad a pequeña escala, solo alrededor de un cuarto de metro cuadrado, aproximadamente del tamaño de una toalla de mano, pero mostró que la tasa de producción de vapor era suficiente para que una unidad similar de entre 1 y 3 cuadrados Los medidores serían suficientes para alimentar un autoclave de sobremesa 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 del material de aerogel. Una empresa, fundada por Elise Strobach PhD ’20, coautora de este artículo, ya está intentando ampliar la producción de aerogel transparente para su uso en ventanas de alta eficiencia térmica. Pero hasta ahora, el material solo se produce en pequeñas cantidades utilizando un equipo de secado supercrítico de grado de laboratorio relativamente caro, por lo que la adopción generalizada de un sistema de esterilización de este tipo probablemente aún falte unos años, dicen los investigadores.

Dado que los otros componentes, excepto el aerogel en sí, ya están ampliamente disponibles a bajo costo en todo el mundo en desarrollo, la fabricación y el mantenimiento de tales sistemas pueden ser prácticos en las 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 costaría aproximadamente $ 160, una vez que se comercialice el material de aerogel necesario. “Si podemos obtener el suministro de aerogel, todo se puede construir localmente, con proveedores locales”, dice.

El proceso también podría usarse para una variedad de otros propósitos, dice el equipo. Por ejemplo, muchos sistemas de procesamiento de alimentos y bebidas se basan en vapor de alta temperatura, que generalmente es proporcionado por calderas alimentadas con combustibles fósiles. Los sistemas pasivos de energía solar para entregar ese vapor eliminarían los costos de combustible, por lo que podrían ser una opción atractiva en muchas industrias, dicen.

En última instancia, tales sistemas deberían ser mucho más rentables que los sistemas que concentran la luz solar diez veces o más para generar vapor, porque requieren espejos y montajes costosos, a diferencia de la simplicidad de este 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 participó en este trabajo. “Generar vapor de alta temperatura con alta eficiencia energética ha sido un desafío. Aquí los autores han logrado ambas cosas «.

“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 lo tanto, el dispositivo solar pasivo desarrollado por el equipo del MIT es muy significativo en ese sentido ”.

El equipo de investigación también incluyó a Bikram Bhatia, Lenan Zhang, Arny Leroy, Sungwoo Yang, Thomas Cooper y Lee Weinstein en MIT, y Manoj Yadav, Anish Modi y Shireesh Kedsare en IIT Bombay. El trabajo recibió el apoyo del Tata Center del MIT y del Departamento de Energía de EE. UU.

«Reimpreso con permiso de MIT News»

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