Uma das grandes promessas e realidade para diferentes setores produtivos, a nanotecnologia avança pelo mundo e no Brasil na indústria farmacêutica, química, de cosméticos, de semicondutores, metalúrgica, dentre outras. Mas, vamos falar sobre a aplicação da nanotecnologia em algumas áreas da engenharia civil.

Antes, vamos ao conceito de nanotecnologia?

Ela refere-se a um conjunto de técnicas que permite trabalhar a matéria em nível atômico e molecular em escala entre 1 e 100 nanômetros, permitindo o desenvolvimento de dispositivos, materiais funcionais e sistemas com propriedades físico-químicas diferentes das que manifestam a mesma matéria em tamanho maior, na escala micro ou macroscópica.

Mas, qual sua importância para a construção civil? Ela pode tornar os edifícios mais eficientes em seus diversos sistemas e subsistemas. Além disso, possibilita agregar materiais inteligentes, melhorando o desempenho e garantindo maior durabilidade aos sistemas. Sua aplicação na engenharia civil não se resume somente a edifícios, mas a nanotecnologia pode ser muito útil para o tratamento de água. A seguir, vamos ver as possíveis aplicações dessa tecnologia para despoluição de águas superficiais e para as fachadas.

Tratamento de água

Uma possibilidade para o tratamento de água é o uso de nanobolhas, estudado por pesquisas desenvolvidas na Faculdade de Saúde Pública (FSP) da Universidade de São Paulo (USP).

O uso de nanotecnologia, mais especificamente, nanobolhas, já é utilizada em outros países com sucesso na despoluição das águas superficiais como no lago El Cascajo, no Peru, e pode ser utilizada em qualquer sistema de aeração artificial de meios aquáticos, como afirma a engenheira Paula Vilela, que realiza pós-doutorado junto ao departamento de Saúde Ambiental da FSP, sob orientação do professor Pedro Caetano Sanches Mancuso.

Mas, como a nanotecnologia funcionaria para o tratamento da água e qual produto seria utilizado? Além disso, qual é o impacto para o meio ambiente?  

Então, a despoluição da água através das nanobolhas não utiliza produtos químicos nem gera resíduos, mitigando o impacto ambiental.

Realizaram-se testes nas águas do rio Pinheiro a partir do projeto de Pesquisa & Desenvolvimento junto à usina de Traição, sendo geradas nanobolhas feitas de ar, gás oxigênio e ozônio. A depuração dos contaminantes aconteceria como resultado do movimento das nanobolhas, que se comportariam diferentes das bolhas de tamanhos maiores. Elas não flutuariam nem se romperiam rapidamente, podendo durar horas. 

Além disso, os testes realizados pela Faculdade de Saúde Pública (FSP) da USP e pela empresa S&B, em parceria com a EMAE, foram satisfatórios. Ou seja, houve forte aumento nos teores de Oxigênio Dissolvido nas águas do rio, o que deve resultar no acréscimo das taxas de oxidação da matéria orgânica e na redução dos volumes de iodo. Outro benefício seria a oxidação dos sulfetos, causando uma redução drástica na geração de maus odores na água e no potencial corrosivo para equipamentos de aço.

Os resultados, obtidos pelo teste até outubro de 2019, segundo o professor Pedro Caetano Sanches Mancuso, indicam que a injeção de nanobolhas na água do rio Pinheiros deverá trazer os benefícios esperados nos objetivos iniciais do projeto além de oferecer ganhos ambientais.

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Além disso, em dezembro de 2019, a Empresa Metropolitana de Águas e Energia S.A (EMAE) e a Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente promoveram um debate para discussão de tecnologias de despoluição de águas para analisar e discutir as diversas tecnologias disponíveis, as quais podem ser aplicadas na despoluição do rio Pinheiros, em São Paulo, sendo que uma delas era a melhoria da qualidade da água pela aplicação de nanobolhas, pelo Professor Pedro Mancuso, da Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo (USP).

Portanto, o uso de nanobolhas seria uma solução que traria baixo impacto ambiental, de baixo custo e sem o uso de materiais químicos para o tratamento de águas superficiais.

Fachadas

O efeito autolimpante pode ser obtido através da hidrofobia ou da hidrofilia.

Tecnologia autolimpante através da hidrofobia

A hidrofobicidade é um tipo de propriedade que pode ser usada em revestimentos autolimpantes, repelindo a água, resistindo a serem molhados. Essa propriedade pode ser encontrada na natureza como na flor de lótus, por isso alguns materiais autolimpantes foram desenvolvidos baseados no “efeito lótus”.

Portanto, na superfície das folhas da flor de lótus, as gotas d’ água são repelidas e rolam pela estrutura da planta, limpando automaticamente durante a passagem, removendo sujeira e bactérias presentes em sua superfície como mostra a figura abaixo.

Além disso, estudos de uma equipe de pesquisadores da General Motors, nos EUA, indicaram que essas características hidrofóbicas deviam-se a uma estrutura em dois níveis: rugosidades de tamanhos micrométricos e um tapete de pelos nanométricos e reforçadas pela composição química das folhas que se assemelhava a uma cera. Como resultado, o ângulo de contato de uma gota de água sobre uma folha de lótus é por volta de 142º, significando que a superfície de contato é bastante pequena, criando estruturas nanoscópicas, minimizando a área da superfície onde a água e a sujeira se prendem.

Mas, como o princípio da flor de lótus pode ser aplicado em revestimentos?

Ele pode ser aplicado através da nanotecnologia, que imita a arquitetura dessa flor, criando estruturas nanoscópicas para minimizar a área da superfície onde a água e a sujeira se prendem. Além disso, pode ser usado nas fachadas para minimizar sujidades superficiais.

Vale ressaltar que esses revestimentos espaçam a periodicidade da manutenção, entretanto, também deve-se realizá-la. Ademais, apesar de serem comercializados produtos no mercado brasileiro, seu custo ainda é elevado em comparação aos tradicionais.

Tecnologia autolimpante através da hidrofilia

No entanto, diferente do princípio anterior, este revestimento que apresenta tecnologia com princípio de hidrofilia tem afinidade com a água, quebrando sua tensão superficial, aumentando a área de contato da água com a superfície, garantindo que ela se espalhe pela superfície de forma homogênea e remova as partículas de sujeira. Permite que o revestimento “respire” e a água saia em forma de vapor, não havendo condição para proliferação de microrganismos.

Por exemplo, o hospital Manuel Gea González, no México, utilizou-se desse princípio nos seus módulos de fachada através da pulverização de uma camada de dióxido de titânio em sua superfície.

Como atua o dióxido de titânio nas fachadas?

O dióxido de titânio, material nanométrico, é um fotocatalisador. Ademais, ele apresenta duas propriedades: a hidrofílica abordada acima e a fotocatalítica. A fotocatálise é capaz de minorar a concentração do poluente no ar, o que seria útil para outros centros urbanos, principalmente São Paulo.

Através da fotocatálise, é possível converter os óxidos de nitrogênio, que estão entre os principais poluentes que contribuem para a redução da qualidade do ar, em íons nitrato, substâncias inócuas, degradando os gases poluentes.

Ademais, as ações autolimpantes e despoluidoras atuam de maneira conjunta. Ou seja, durante o dia, a superfície é excitada pela radiação ultravioleta do sol, resultando na oxidação dos compostos orgânicos que foram depositados no período noturno. Simultaneamente, reduz-se o ângulo de contato, tornando a superfície hidrofílica. Então, a água presente nessa superfície transforma-se em lâmina removendo as partículas aderidas. Como as superfícies são fotocatalíticas, tornam-se menos susceptíveis ao desenvolvimento de microrganismos.

Há diferentes aplicações da nanotecnologia na engenharia civil. Só foram apresentados alguns exemplos nas fachadas e para o tratamento de água. Entretanto, esse assunto é bem extenso e a nanotecnologia pode melhorar o desempenho e garantir maior durabilidade aos sistemas, contribuindo inclusive para o meio ambiente como as nanobolhas e a aplicação do dióxido de titânio nas fachadas.

 Conhece outras aplicações da nanotecnologia na engenharia civil? Compartilhe sua opinião, dúvidas e sugestões nos comentários!

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

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.