Os montes de cupins revelam o segredo para criar edifícios 'vivos e respirando' que usam menos energia

Os montes de cupins revelam o segredo para criar edifícios 'vivos e respirando' que usam menos energia

Carimbo de data / hora: 26 de maio de 2023 2h
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26 de maio de 2023 (Notícias do Nanowerk) Entre as aproximadamente 2,000 espécies conhecidas de cupins, algumas são engenheiras do ecossistema. Os montes construídos por alguns gêneros, como Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes e Odontotermes, atingem até oito metros de altura, tornando-os algumas das maiores estruturas biológicas do mundo. A seleção natural tem trabalhado para melhorar o 'design' de seus montes ao longo de dezenas de milhões de anos. O que os arquitetos e engenheiros humanos podem aprender se forem aos cupins e considerarem seus caminhos? Em um novo estudo em Fronteiras em Materiais (“Metamateriais inspirados em cupins para envelopes de construção com fluxo ativo”), os pesquisadores mostraram como os cupinzeiros podem nos ensinar a criar climas internos confortáveis ​​para nossos edifícios que não têm a pegada de carbono do ar-condicionado. “Aqui mostramos que o 'complexo de saída', uma intrincada rede de túneis interconectados encontrados em cupinzeiros, pode ser usado para promover fluxos de ar, calor e umidade de maneiras inovadoras na arquitetura humana”, disse o Dr. professor do grupo de pesquisa bioDigital Matter da Universidade de Lund e primeiro autor do estudo.

Cupins da Namíbia

Andréen e o co-autor Dr. Rupert Soar, professor associado da Escola de Arquitetura, Design e Ambiente Construído da Nottingham Trent University, estudaram montes de cupins Macrotermes michaelseni da Namíbia. As colônias desta espécie podem consistir em mais de um milhão de indivíduos. No coração dos montes estão os jardins de fungos simbióticos, cultivados pelos cupins como alimento. Parte do complexo de saída de um monte de cupins Macrotermes michaelseni da Namíbia Parte do complexo de saída de um monte de cupins Macrotermes michaelseni da Namíbia. (Imagem: D. Andréen) Os pesquisadores se concentraram no complexo de egresso: uma densa rede de túneis em forma de treliça, entre 3 mm e 5 mm de largura, que conecta condutos mais largos no interior com o exterior. Durante a estação chuvosa (novembro a abril), quando o monte está crescendo, este se estende por sua superfície voltada para o norte, diretamente exposta ao sol do meio-dia. Fora desta estação, os cupinzeiros mantêm os túneis de saída bloqueados. O complexo é pensado para permitir a evaporação do excesso de umidade, mantendo a ventilação adequada. Mas como isso funciona? Andréen e Soar exploraram como o layout do complexo de saída permite fluxos oscilantes ou pulsantes. Eles basearam seus experimentos na cópia digitalizada e impressa em 3D de um fragmento complexo de egresso coletado em fevereiro de 2005 na natureza. Este fragmento tinha 4 cm de espessura e volume de 1.4 litros, sendo 16% de túneis. Eles simularam o vento com um alto-falante que impulsionou as oscilações de uma mistura de CO2-ar através do fragmento, enquanto rastreava a transferência de massa com um sensor. Eles descobriram que o fluxo de ar era maior em frequências de oscilação entre 30 Hz e 40 Hz; moderada nas frequências entre 10 Hz e 20 Hz; e menos em frequências entre 50 Hz e 120 Hz.

A turbulência ajuda na ventilação

Os pesquisadores concluíram que os túneis do complexo interagem com o vento que sopra no monte de maneira a aumentar a transferência de massa de ar para ventilação. As oscilações do vento em determinadas frequências geram turbulência no interior, cujo efeito é levar os gases respiratórios e o excesso de umidade para longe do coração do monte. “Ao ventilar um edifício, você deseja preservar o delicado equilíbrio de temperatura e umidade criado no interior, sem impedir o movimento do ar viciado para fora e o ar fresco para dentro. A maioria dos sistemas HVAC luta com isso. Aqui temos uma interface estruturada que permite a troca de gases respiratórios, simplesmente acionada por diferenças de concentração entre um lado e outro. As condições internas são assim mantidas”, explicou Soar. Os autores então simularam o complexo de saída com uma série de modelos 2D, que aumentaram em complexidade de túneis retos a treliças. Eles usaram um eletromotor para conduzir um corpo de água oscilante (tornado visível com um corante) através dos túneis e filmaram o fluxo de massa. Eles descobriram, para sua surpresa, que o motor precisava mover o ar para frente e para trás apenas alguns milímetros (correspondentes a fracas oscilações do vento) para que o fluxo e refluxo penetrasse em todo o complexo. É importante ressaltar que a turbulência necessária só surgiu se o layout fosse suficientemente semelhante a uma treliça.

Edifícios que vivem e respiram

Os autores concluem que o complexo de saída pode permitir a ventilação eólica de cupinzeiros em ventos fracos. “Imaginamos que construir paredes no futuro, feitas com tecnologias emergentes como impressoras de leito de pó, conterá redes semelhantes ao complexo de egresso. Isso possibilitará a movimentação do ar, por meio de sensores e atuadores embutidos que requerem apenas pequenas quantidades de energia”, disse Andréen. Soar concluiu: “A impressão 3D em escala de construção só será possível quando pudermos projetar estruturas tão complexas quanto na natureza. O complexo de saída é um exemplo de uma estrutura complicada que pode resolver vários problemas simultaneamente: manter o conforto dentro de nossas casas, enquanto regula o fluxo de gases respiratórios e umidade através do envelope do edifício.” “Estamos à beira da transição para uma construção semelhante à natureza: pela primeira vez, pode ser possível projetar um verdadeiro edifício vivo e respirante.”

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