Usando o exemplo da estrutura interna de um coral, descreve-se a metodologia da Biónica, aplicada para a concepção de um filtro biocida para equipamento de ar condicionado. O efeito anti-bacteriano é obtido através de um revestimento interior de nanopartículas de prata.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Marçal Gonçalves, Marta

Pato, Alcina

Ros, Vasile

Rosendahl, Stefan

Sapientia

ID de submissão / nº de registo: 27  O Método da Biónica num Projecto de Design Técnico   Stefan ROSENDAHL1, Alcina PATO2, Vasile ROŞ2, Marta GONÇALVES3  1Prof. Associado; ECATI, Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias 2Mestrandos; ESATI, Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias 3 Eq. a Assistente do 2.º Triénio; ISEDEC, Universidade do Algarve  srosendahl56@gmail.com; alcina.melo@gmail.com; titi_rvp@yahoo.com; mgoncal@ualg.pt  Painel: Design do Produto  SUMÁRIO  Usando o exemplo da estrutura interna de um coral, descreve-se a metodologia da Biónica, aplicada para a concepção de um filtro biocida para equipamento de ar condicionado. O efeito anti-bacteriano é obtido através de um revestimento interior de nanopartículas de prata.   PALAVRAS-CHAVE Biónica, coral, filtro, ar condicionado, nanotecnologia.  ABSTRACT  Using the example of the internal structure of a coral, which is applied to the conception of a biocide filter for air condition equipment, the methodology of Bionics is explained. The anti-bacteria effect is achieved by an interior layer of silver nanoparticles.  Key Words Bionics, coral, filter, air condition, nanotecnology   O MÉTODO DA BIÓNICA  A Biónica constitui uma nova ferramenta para achar soluções no Design, na Engenharia, na Arquitectura, bem como em muitos outros ramos da Técnica. Define-se Biónica como “um ramo da Ciência, que se ocupa sistematicamente com a transferência técnica e aplicação de construções, processos e princípios de desenvolvimento de sistemas biológicos” (trad. de NACHTIGALL, 1998: p. XIII).   Nos últimos anos, alguns sucessos da Biónica tornaram-se notórios. Destacam-se o efeito de lótus em superfícies hidrófobas com auto-lavagem (BARTHLOTT & NEINHUIS, 1997: p. 5) e a estrutura da pele do tubarão em superfícies com baixa resistência à corrente (BECHERT, 1998: p. 241), entre outros. A metodologia da Biónica realiza-se através dos seguintes passos: 1. Uma estrutura, um material, um mecanismo ou um processo biológico é estudado e descrito sob o ponto de vista físico-técnico (Biologia Técnica). 2. O princípio do funcionamento investigado é definido. 3. Segue-se a abstracção deste princípio do funcionamento e a sua transferência para uma aplicação técnica (Biónica).     PROBLEMÁTICA Todos nós temos consciência dos problemas que podem ser originados pela falta de purificação do ar, por exemplo, nas tubagens de ar condicionado, onde, entre o filtro e o destino final se vão acumulando germes. Este problema é tanto maior quanto mais importante for a exigência dessa purificação, como é o caso dos hospitais. Neste trabalho pretendeu-se desenvolver um elemento de tubagem para a condução de líquidos ou gases, que desempenhe um efeito de purificação do fluido por adsorção, permuta iónica ou outros processos. Foi seleccionado o coral como um organismo com potencial para fornecer uma solução.  BIOLOGIA TÉCNICA: ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DE UM CORAL  Um coral (polipeiro) da classe dos Hexacorallia corresponde, muito simplificadamente, a um órgão digestivo com tentáculos e é constituído, de um modo simplificado, por quatro unidades (figura 1):  Os tentáculos;  A boca com a garganta;  A cavidade gástrica com os mesentérios;  O esqueleto com os septos, constituído por calcite ou aragonite.  Para achar uma solução para o problema de purificação do ar, estudou-se a cavidade gástrica de um polipeiro mais pormenorizadamente. Este espaço é dividido radialmente por pares de mesentérios, que correspondem a membranas radiais (Figura 1). Estes mesentérios suportam o tubo da garganta e os músculos, através dos quais o polipeiro consegue contrair-se. Para além disso, os mesentérios aumentam a superfície do interior do coral, e, assim, a área que serve para absorver e digerir os alimentos.   Figura 1: Esquema de um coral (Hexacorallia) com esqueleto. A – Corte lateral de um polipeiro mostrando os mesentérios e os septos; B e C – Secções transversais pelo polipeiro em diferentes alturas; D – Secção transversal pelo esqueleto na base (adaptado de ZIEGLER, 1983: p. 129).  No caso de existir um esqueleto, o mesmo forma-se a partir do disco basal e avança para o lado interior das dobras dos mesentérios, formando assim os septos. Estes septos são instalados de uma forma radial e desenvolvem-se através de várias gerações (Figura 2), existindo septos primários, secundários, etc.  Figura 2: Secção transversal de um cálice de um coral, apresentando várias gerações de septos. Os números indicam a sequência da instalação desses septos (ZIEGLER, 1983: p.131).  O PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO  Para a solução do problema, foi identificado o seguinte princípio de funcionamento: Aumentar a área interior de contacto através da instalação de membranas radiais.  BIÓNICA: ABSTRACÇÃO E APLICAÇÃO TÉCNICA DOS DADOS BIOLÓGICOS  O método da Biónica não significa copiar os resultados obtidos pelo estudo biológico técnico. Para obter um resultado satisfatório, os dados biológicos têm de ser abstraídos e adaptados às possibilidades tecnológicas. Por conseguinte, desenvolveu-se um tubo, cujo interior é dividido radialmente em catorze espaços isolados. Em cada espaço existem membranas divisórias radiais, cujo comprimento é variável (Figura 3). Os objectivos deste arranjo são:  Aumentar a superfície interna de contacto do tubo para colocação da maior quantidade possível de uma substância activa, que promove a purificação do fluido;  Diminuir as secções abertas do tubo, de modo a que a maior parte do fluido entre em contacto com a superfície;  Manter secções abertas para permitir uma limpeza das superfícies.  COMPONENTE DE FILTRAGEM PARA EQUIPAMENTO DE AR CONDICIONADO  Frequentemente, os sistemas de filtragem em equipamentos de ar condicionado são insuficientes. A Doença dos Legionários, por exemplo, é causada pela bactéria Legionella pneumophila, que pode ser espalhada por instalações de ar condicionado.   Para a purificação do ar, a superfície interior de um componente de equipamento de ar condicionado pode ser tratada com um revestimento biocida, composto por nanopartículas de prata. Os iões de prata difundem-se para o interior das bactérias, impedindo o processo de divisão da célula bacteriana, destabilizando a sua membrana ou o seu plasma, ou interrompendo o transporte de nutrientes efectuado pelas enzimas. O efeito anti-bactérias é permanente (LEYENDECKER, 2008: p. 164).  Quanto maior for a área da superfície tratada com nanopartículas de prata, maior será o efeito biocida. Por isso, o interior de um tubo circular é dividido radialmente por paredes de diferentes comprimentos, das quais algumas atingem o centro da secção. As paredes são colocadas segundo o sistema dos corais, cujos septos apresentam uma hierarquia em função das correspondentes gerações, as quais originam diferentes comprimentos (Figura 3).  Figura 3: Conceito do tubo segmentado. Autor da figura: Vasile Roş.   Os cálculos efectuados num tubo com 200 mm de diâmetro externo, revelaram que a área da superfície interior útil aumenta cerca de 11 vezes, enquanto a secção livre diminui pelo factor de 1,4. Estes valores são válidos para as dimensões apresentadas na Figura 4 e podem ser alterados, variando as disposições e comprimentos das paredes divisórias e/ou o diâmetro do tubo.  Figura 4: Geometria do tubo segmentado. Autor da figura: Vasile Roş.  O tubo pode ter um comprimento variável e é produzido em alumínio extrudido, com uma espessura das paredes de 2 mm. Depois da extrusão, as superfícies interiores recebem uma camada nanoporosa constituída por dióxido de silício, que é colocada no alumínio utilizando um processo de sol-gel. Posteriormente esta superfície é impregnada com nanopartículas de prata, usando, por exemplo, o processo de vaporização ou aplicando uma solução. Os iões de prata podem-se difundir através dos nanoporos e desenvolverem assim o seu efeito biocida (GRÜNE et al., 2005: p. 104).  Para além de ser utilizado como filtro biocida em equipamentos de ar condicionado, o tubo segmentado pode ter outras utilizações, como por exemplo para a permuta de calor ou para a purificação de líquidos ou descalcificação de água, revestindo-se o interior com outros materiais. Poderão ser imaginadas mais aplicações em que um tubo com grande superfície interior seja vantajoso.  REFERÊNCIAS  BARTHLOTT, W. & NEINHUIS, C. (1997) Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. PLanta, 202, pp. 1-8.  BECHERT, D.W. (1998) Turbulenzbeeinflussung zur Widerstandsverminderung. In GLEICH, A. von ed. Bionik – Ökologische Technik nach dem Vorbild der Natur? Stuttgart, Teubner, pp. 237-242.  GRÜNE, M., KERNCHEN, R., KOHLHOFF, J., KRETSCHMER, T., LUTHER, W., NEUPERT, U., NOTTHOFF, C., RESCHKE, R., WESSEL, H. & ZACH, H.-G. (2005) Nanotechnologie – Grundlagen und Anwendungen. Stuttgart, Fraunhofer IRB Verlag.  LEYDECKER, S. (2008) Nanomaterials in Architecture, Interior Architecture and Design. Basel, Birkhäuser Verlag.  NACHTIGALL, W. (1998) Bionik. Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Berlin, Springer.  ZIEGLER, B. (1983) Einführung in die Paläobiologie Teil 2: Spezielle Paläontologie. Protisten, Spongien und Coelenteraten, Mollusken. Stuttgart, E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung. 

O método da biónica num projecto de Design Técnico

Universidade do Algarve

ID de submissão / nº de registo: 27 
 
O Método da Biónica num Projecto de Design Técnico 
 
 Stefan ROSENDAHL1, Alcina PATO2, Vasile ROŞ2, Marta GONÇALVES3 
 
1Prof. Associado; ECATI, Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias 
2Mestrandos; ESATI, Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias 
3 Eq. a Assistente do 2.º Triénio; ISEDEC, Universidade do Algarve 
 
srosendahl56@gmail.com; alcina.melo@gmail.com; titi_rvp@yahoo.com; mgoncal@ualg.pt 
 
Painel: Design do Produto 
 
SUMÁRIO  
Usando o exemplo da estrutura interna de um coral, descreve-se a metodologia da Biónica, aplicada 
para a concepção de um filtro biocida para equipamento de ar condicionado. O efeito anti-
bacteriano é obtido através de um revestimento interior de nanopartículas de prata.  
 
PALAVRAS-CHAVE 
Biónica, coral, filtro, ar condicionado, nanotecnologia. 
 
ABSTRACT  
Using the example of the internal structure of a coral, which is applied to the conception of a biocide 
filter for air condition equipment, the methodology of Bionics is explained. The anti-bacteria effect is 
achieved by an interior layer of silver nanoparticles. 
 
Key Words 
Bionics, coral, filter, air condition, nanotecnology 
 
 
O MÉTODO DA BIÓNICA 
 
A Biónica constitui uma nova ferramenta para achar soluções no Design, na Engenharia, na 
Arquitectura, bem como em muitos outros ramos da Técnica. Define-se Biónica como “um ramo da 
Ciência, que se ocupa sistematicamente com a transferência técnica e aplicação de construções, 
processos e princípios de desenvolvimento de sistemas biológicos” (trad. de NACHTIGALL, 1998: p. 
XIII).  
 
Nos últimos anos, alguns sucessos da Biónica tornaram-se notórios. Destacam-se o efeito de lótus em 
superfícies hidrófobas com auto-lavagem (BARTHLOTT & NEINHUIS, 1997: p. 5) e a estrutura da pele 
do tubarão em superfícies com baixa resistência à corrente (BECHERT, 1998: p. 241), entre outros. 
A metodologia da Biónica realiza-se através dos seguintes passos: 
1. Uma estrutura, um material, um mecanismo ou um processo biológico é estudado e descrito 
sob o ponto de vista físico-técnico (Biologia Técnica). 
2. O princípio do funcionamento investigado é definido. 
3. Segue-se a abstracção deste princípio do funcionamento e a sua transferência para uma 
aplicação técnica (Biónica).  
 
 
 
PROBLEMÁTICA 
Todos nós temos consciência dos problemas que podem ser originados pela falta de purificação do 
ar, por exemplo, nas tubagens de ar condicionado, onde, entre o filtro e o destino final se vão 
acumulando germes. Este problema é tanto maior quanto mais importante for a exigência dessa 
purificação, como é o caso dos hospitais. Neste trabalho pretendeu-se desenvolver um elemento de 
tubagem para a condução de líquidos ou gases, que desempenhe um efeito de purificação do fluido 
por adsorção, permuta iónica ou outros processos. Foi seleccionado o coral como um organismo com 
potencial para fornecer uma solução. 
 
BIOLOGIA TÉCNICA: ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DE UM CORAL 
 
Um coral (polipeiro) da classe dos Hexacorallia corresponde, muito simplificadamente, a um órgão 
digestivo com tentáculos e é constituído, de um modo simplificado, por quatro unidades (figura 1): 
 Os tentáculos; 
 A boca com a garganta; 
 A cavidade gástrica com os mesentérios; 
 O esqueleto com os septos, constituído por calcite ou aragonite. 
 
Para achar uma solução para o problema de purificação do ar, estudou-se a cavidade gástrica de um 
polipeiro mais pormenorizadamente. Este espaço é dividido radialmente por pares de mesentérios, 
que correspondem a membranas radiais (Figura 1). Estes mesentérios suportam o tubo da garganta e 
os músculos, através dos quais o polipeiro consegue contrair-se. Para além disso, os mesentérios 
aumentam a superfície do interior do coral, e, assim, a área que serve para absorver e digerir os 
alimentos.  
 
Figura 1: Esquema de um coral (Hexacorallia) com esqueleto. A – Corte lateral de um polipeiro mostrando os 
mesentérios e os septos; B e C – Secções transversais pelo polipeiro em diferentes alturas; D – Secção 
transversal pelo esqueleto na base (adaptado de ZIEGLER, 1983: p. 129). 
 
No caso de existir um esqueleto, o mesmo forma-se a partir do disco basal e avança para o lado 
interior das dobras dos mesentérios, formando assim os septos. Estes septos são instalados de uma 
forma radial e desenvolvem-se através de várias gerações (Figura 2), existindo septos primários, 
secundários, etc. 
 
Figura 2: Secção transversal de um cálice de um coral, apresentando várias gerações de septos. Os números 
indicam a sequência da instalação desses septos (ZIEGLER, 1983: p.131). 
 
O PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
 
Para a solução do problema, foi identificado o seguinte princípio de funcionamento: Aumentar a área 
interior de contacto através da instalação de membranas radiais. 
 
BIÓNICA: ABSTRACÇÃO E APLICAÇÃO TÉCNICA DOS DADOS BIOLÓGICOS 
 
O método da Biónica não significa copiar os resultados obtidos pelo estudo biológico técnico. Para 
obter um resultado satisfatório, os dados biológicos têm de ser abstraídos e adaptados às 
possibilidades tecnológicas. Por conseguinte, desenvolveu-se um tubo, cujo interior é dividido 
radialmente em catorze espaços isolados. Em cada espaço existem membranas divisórias radiais, 
cujo comprimento é variável (Figura 3). Os objectivos deste arranjo são: 
 Aumentar a superfície interna de contacto do tubo para colocação da maior quantidade possível 
de uma substância activa, que promove a purificação do fluido; 
 Diminuir as secções abertas do tubo, de modo a que a maior parte do fluido entre em contacto 
com a superfície; 
 Manter secções abertas para permitir uma limpeza das superfícies. 
 
COMPONENTE DE FILTRAGEM PARA EQUIPAMENTO DE AR CONDICIONADO 
 
Frequentemente, os sistemas de filtragem em equipamentos de ar condicionado são insuficientes. A 
Doença dos Legionários, por exemplo, é causada pela bactéria Legionella pneumophila, que pode ser 
espalhada por instalações de ar condicionado.  
 
Para a purificação do ar, a superfície interior de um componente de equipamento de ar condicionado 
pode ser tratada com um revestimento biocida, composto por nanopartículas de prata. Os iões de 
prata difundem-se para o interior das bactérias, impedindo o processo de divisão da célula 
bacteriana, destabilizando a sua membrana ou o seu plasma, ou interrompendo o transporte de 
nutrientes efectuado pelas enzimas. O efeito anti-bactérias é permanente (LEYENDECKER, 2008: p. 
164). 
 
Quanto maior for a área da superfície tratada com nanopartículas de prata, maior será o efeito 
biocida. Por isso, o interior de um tubo circular é dividido radialmente por paredes de diferentes 
comprimentos, das quais algumas atingem o centro da secção. As paredes são colocadas segundo o 
sistema dos corais, cujos septos apresentam uma hierarquia em função das correspondentes 
gerações, as quais originam diferentes comprimentos (Figura 3). 
 
Figura 3: Conceito do tubo segmentado. Autor da figura: Vasile Roş. 
 
 Os cálculos efectuados num tubo com 200 mm de diâmetro externo, revelaram que a área da 
superfície interior útil aumenta cerca de 11 vezes, enquanto a secção livre diminui pelo factor de 1,4. 
Estes valores são válidos para as dimensões apresentadas na Figura 4 e podem ser alterados, 
variando as disposições e comprimentos das paredes divisórias e/ou o diâmetro do tubo. 
 
Figura 4: Geometria do tubo segmentado. Autor da figura: Vasile Roş. 
 
O tubo pode ter um comprimento variável e é produzido em alumínio extrudido, com uma espessura 
das paredes de 2 mm. Depois da extrusão, as superfícies interiores recebem uma camada 
nanoporosa constituída por dióxido de silício, que é colocada no alumínio utilizando um processo de 
sol-gel. Posteriormente esta superfície é impregnada com nanopartículas de prata, usando, por 
exemplo, o processo de vaporização ou aplicando uma solução. Os iões de prata podem-se difundir 
através dos nanoporos e desenvolverem assim o seu efeito biocida (GRÜNE et al., 2005: p. 104). 
 
Para além de ser utilizado como filtro biocida em equipamentos de ar condicionado, o tubo 
segmentado pode ter outras utilizações, como por exemplo para a permuta de calor ou para a 
purificação de líquidos ou descalcificação de água, revestindo-se o interior com outros materiais. 
Poderão ser imaginadas mais aplicações em que um tubo com grande superfície interior seja 
vantajoso. 
 
REFERÊNCIAS 
 
BARTHLOTT, W. & NEINHUIS, C. (1997) Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in 
biological surfaces. PLanta, 202, pp. 1-8. 
 
BECHERT, D.W. (1998) Turbulenzbeeinflussung zur Widerstandsverminderung. In GLEICH, A. von ed. 
Bionik – Ökologische Technik nach dem Vorbild der Natur? Stuttgart, Teubner, pp. 237-242. 
 
GRÜNE, M., KERNCHEN, R., KOHLHOFF, J., KRETSCHMER, T., LUTHER, W., NEUPERT, U., NOTTHOFF, 
C., RESCHKE, R., WESSEL, H. & ZACH, H.-G. (2005) Nanotechnologie – Grundlagen und Anwendungen. 
Stuttgart, Fraunhofer IRB Verlag. 
 
LEYDECKER, S. (2008) Nanomaterials in Architecture, Interior Architecture and Design. Basel, 
Birkhäuser Verlag. 
 
NACHTIGALL, W. (1998) Bionik. Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 
Berlin, Springer. 
 
ZIEGLER, B. (1983) Einführung in die Paläobiologie Teil 2: Spezielle Paläontologie. Protisten, Spongien 
und Coelenteraten, Mollusken. Stuttgart, E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung. 


https://sapientia.ualg.pt/bitstream/10400.1/10355/1/27%20-%20O%20M%c3%89TODO%20DA%20BI%c3%93NICA%20NUM%20PROJECTO%20DE%20DESIGN%20T%c3%89CNICO.pdf

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