A nanotecnologia, uma promissora realidade em diversos setores produtivos, continua a avançar tanto em escala global quanto no Brasil. Sua influência se estende a indústrias farmacêuticas, químicas, de cosméticos, semicondutores, metalúrgicas e muitas outras. No entanto, seu impacto também está se fazendo sentir na engenharia civil, abrindo portas para inovações significativas em várias áreas. Vamos agora explorar de que maneiras a nanotecnologia está sendo aplicada para revolucionar aspectos da engenharia civil.

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O que significa o conceito de nanotecnologia?

A nanotecnologia envolve um conjunto de técnicas que possibilitam a manipulação da matéria em escala atômica e molecular, abrangendo dimensões que variam de 1 a 100 nanômetros. Essa capacidade de manipulação permite o desenvolvimento de dispositivos, materiais funcionais e sistemas com propriedades físico-químicas distintas daquelas apresentadas pelo mesmo material em uma escala maior, seja ela microscópica ou macroscópica.

Agora, considerando sua relevância para o setor da construção civil, a nanotecnologia desempenha um papel fundamental. Ela tem o potencial de aprimorar a eficiência de diversos sistemas e subsistemas dentro dos edifícios. Além disso, proporciona a oportunidade de incorporar materiais inteligentes, elevando o desempenho e estendendo a durabilidade dos sistemas construtivos. Vale ressaltar que a aplicação da nanotecnologia na engenharia civil vai além dos edifícios em si, expandindo-se para áreas como o tratamento de água.

Nanotecnologia no tratamento de água

Um avanço notável no campo do tratamento de água é o emprego das nanobolhas, uma linha de pesquisa desenvolvida pela Faculdade de Saúde Pública (FSP) da Universidade de São Paulo (USP). A aplicação de nanotecnologia, notadamente no formato de nanobolhas, tem demonstrado sucesso em outros países para a despoluição de águas superficiais, exemplificado pelo êxito no lago El Cascajo, no Peru. Essa tecnologia mostra grande potencial para ser integrada em sistemas de aeração artificiais de ambientes aquáticos, conforme afirmado pela engenheira Paula Vilela, envolvida em um pós-doutorado no departamento de Saúde Ambiental da FSP, sob a orientação do professor Pedro Caetano Sanches Mancuso.

Mas como exatamente a nanotecnologia poderia ser empregada no tratamento de água? E quais seriam os produtos envolvidos, bem como o impacto ambiental resultante?

O processo de despoluição da água através de nanobolhas dispensa a utilização de agentes químicos e evita a geração de resíduos, minimizando assim o impacto ambiental negativo. Testes foram realizados nas águas do rio Pinheiro como parte de um projeto de Pesquisa & Desenvolvimento, em colaboração com a usina de Traição, visando a geração de nanobolhas a partir de uma mistura de ar, gás oxigênio e ozônio. A eliminação de contaminantes ocorre devido ao movimento singular das nanobolhas, cujo comportamento difere das bolhas de maior dimensão. Essas nanobolhas não ascendem rapidamente à superfície nem se dissipam prontamente, podendo persistir por horas.

Os resultados dos experimentos conduzidos pela Faculdade de Saúde Pública (FSP) da USP, em colaboração com a empresa S&B e em parceria com a EMAE, revelaram-se promissores. Notavelmente, houve um substancial aumento nos níveis de Oxigênio Dissolvido nas águas do rio, o que deverá resultar no incremento das taxas de oxidação da matéria orgânica e na diminuição dos níveis de íons. Outra vantagem apontada é a oxidação dos sulfetos, que acarreta a redução significativa de odores desagradáveis na água, além de minimizar o potencial corrosivo para equipamentos de aço.

Os resultados obtidos até outubro de 2019, conforme o professor Pedro Caetano Sanches Mancuso, indicam que a introdução de nanobolhas no rio Pinheiros deverá não apenas atingir os objetivos iniciais do projeto, mas também oferecer benefícios ambientais substanciais.

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Um marco crucial nesse avanço ocorreu em dezembro de 2019, quando a Empresa Metropolitana de Águas e Energia S.A (EMAE) e a Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente promoveram um fórum de debates sobre tecnologias de despoluição de água. Esse encontro visou analisar e discutir diversas tecnologias aplicáveis à despoluição do rio Pinheiros, em São Paulo. Entre elas, destacou-se a proposta de melhoria da qualidade da água por meio da aplicação de nanobolhas, apresentada pelo Professor Pedro Mancuso, da Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo (USP).

Em resumo, a utilização de nanobolhas emergiu como uma solução inovadora para o tratamento de águas superficiais, caracterizada por seu baixo impacto ambiental, custos reduzidos e ausência de substâncias químicas.

Aplicação da nanotecnologia em fachadas

A capacidade de autolimpeza pode ser alcançada por meio da hidrofobicidade ou da hidrofilia.

Tecnologia autolimpante através da hidrofobia

A hidrofobicidade é uma propriedade que desencadeia a criação de revestimentos autolimpantes, repelindo água e resistindo à umidade. Essa característica é observada na natureza, como na flor de lótus, e tem sido a base para o desenvolvimento de materiais autolimpantes, conhecido como "efeito lótus".

A estrutura das folhas da flor de lótus exemplifica essa propriedade: as gotas d'água são repelidas e rolam pela superfície da planta, realizando uma limpeza automática ao passar, eliminando partículas de sujeira e bactérias. Isso é ilustrado de maneira esquemática na figura abaixo.

Estudos realizados por pesquisadores da General Motors nos EUA demonstraram que essa característica hidrofóbica resulta de uma estrutura em dois níveis: micro-rugosidades e uma matriz de nano-pelos, juntamente com a composição química semelhante a uma cera nas folhas. Isso cria um ângulo de contato de aproximadamente 142º para as gotas de água na folha de lótus, resultando em uma área de contato pequena. Isso, por sua vez, gera estruturas nanoscópicas que minimizam a aderência da água e sujeira à superfície.

Mas como essa abordagem da flor de lótus pode ser aplicada em revestimentos?

A resposta reside na nanotecnologia, que replica a arquitetura da flor para criar estruturas nanoscópicas, reduzindo a área onde água e sujeira podem aderir. Esse princípio também é aplicado em fachadas, diminuindo o acúmulo de sujeira superficial.

É fundamental ressaltar que esses revestimentos estendem os intervalos entre as manutenções, mas ainda exigem procedimentos de limpeza periódicos. Apesar da disponibilidade de produtos no mercado brasileiro, é importante notar que os custos ainda são relativamente altos em comparação com os métodos tradicionais.

Tecnologia autolimpante através da hidrofilia

Diferentemente das abordagens convencionais, o revestimento inovador que emprega a tecnologia de hidrofilia avançada demonstra uma notável afinidade com a água. Ao superar a tensão superficial da água, esse revestimento expande a área de contato líquido-superfície, o que resulta em uma distribuição uniforme da água e na eficaz remoção de partículas indesejadas. Essa característica não apenas facilita a autolimpeza, mas também permite que a superfície respire, possibilitando a saída da água em forma de vapor. Tal propriedade desencoraja a proliferação de microrganismos, promovendo ambientes mais higiênicos.

Um exemplo notável da aplicação dessa tecnologia ocorreu no Hospital Manuel Gea González, no México. Nesse cenário, a tecnologia foi empregada nos módulos de fachada por meio da aplicação de uma fina camada de dióxido de titânio. Essa inovação não apenas reforça a imagem de vanguarda do hospital, mas também contribui para a manutenção de um ambiente mais limpo e saudável.

Como atua o dióxido de titânio nas fachadas?

O dióxido de titânio, um material em escala nanométrica, possui propriedades fotocatalíticas. Além da já mencionada hidrofilia, ele exibe outra característica importante: a fotocatálise. Essa capacidade permite reduzir a concentração de poluentes atmosféricos, um benefício especialmente valioso para áreas urbanas como São Paulo.

Por meio da fotocatálise, ocorre a conversão de óxidos de nitrogênio, considerados poluentes significativos que comprometem a qualidade do ar, em íons nitrato inofensivos. Isso contribui para a degradação dos gases prejudiciais.

As propriedades autolimpantes e despoluidoras trabalham de forma sinérgica. Durante o dia, a radiação ultravioleta do sol excita a superfície, resultando na oxidação dos compostos orgânicos acumulados durante a noite. Ao mesmo tempo, o ângulo de contato é reduzido, conferindo propriedades hidrofílicas à superfície. A água presente, então, forma uma lâmina que elimina as partículas aderidas. A natureza fotocatalítica das superfícies as torna menos suscetíveis ao desenvolvimento de microrganismos.

A nanotecnologia encontra diversas aplicações na engenharia civil. Até agora, apenas alguns exemplos foram mencionados, como nas fachadas e no tratamento de água. No entanto, é importante destacar que esse campo oferece um leque amplo de possibilidades. Desde a utilização de nanobolhas até a incorporação de dióxido de titânio em fachadas, a nanotecnologia pode aprimorar o desempenho e a durabilidade de sistemas, contribuindo positivamente para o meio ambiente.

Você conhece outras áreas em que a nanotecnologia é aplicada na engenharia civil? Fique à vontade para compartilhar suas opiniões, dúvidas e sugestões nos comentários abaixo!

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Fontes: Periódicos UEM, EMAE, Jornal USP, Congresso SHEWC, Dimer et al. (2013)

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Raquel Carvalho Franklin

Engenheira civil, mestranda em estruturas pela UFF, pós graduada em planejamento, gestão e controle de obras civis, amante e profissional da engenharia diagnóstica, sonhadora e aspirante à escritora.