Sistemas de refrigeração sem utilização de energia elétrica: Uma análise da produção científica sobre dispositivos pot in pot

ARTIGO DE REVISÃO

SILVA, Francisco Tiago Carvalho ^[1], PRAT, Bernat Vinolas ^[2]

SILVA, Francisco Tiago Carvalho. PRAT, Bernat Vinolas. Sistemas de refrigeração sem utilização de energia elétrica: Uma análise da produção científica sobre dispositivos pot in pot. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 05, Vol. 05, pp. 21-42. Maio de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/sistemas-de-refrigeracao

RESUMO

A situação de pobreza e vulnerabilidade social é uma realidade de inúmeras famílias, o que afeta o acesso a diversos serviços públicos, dentre eles, o fornecimento de energia elétrica. Convencionalmente, os alimentos são conservados em sistemas dependentes de energia elétrica, mantendo-os em condições de temperatura e umidade ideais. O contexto de exclusão dessas famílias e o desperdício de alimentos devido à impossibilidade de utilização de equipamentos de refrigeração na África levaram o professor nigeriano Mohammed Bah Abba a desenvolver o sistema Pot in Pot, dispositivo similar a uma geladeira sem utilização de energia elétrica. Diante do exposto, o objetivo geral deste artigo é mapear e analisar a produção científica relativa aos estudos que abordam o funcionamento do sistema Pot in Pot. Os aspectos teóricos que embasam essa pesquisa abordam a história do Pot in Pot e os conceitos de física essenciais à compreensão do funcionamento do sistema: resfriamento evaporativo e a transferência de calor. A metodologia baseou-se na busca por artigos que tratassem da eficiência de resfriamento do sistema Pot in Pot, que abordassem os aspectos-chave do seu funcionamento, ou que disponibilizassem informações dos tipos de Pot in Pot existentes. Os resultados indicaram os tipos de equipamentos existentes, os aspectos-chave para o bom funcionamento do sistema: área de superfície, umidade relativa, temperatura e movimento do ar e o grau de eficiência dos dispositivos relatados no material coletado.

Palavras-chave: Eficiência, Pot in Pot, resfriamento evaporativo, alimentos, armazenamento.

1. INTRODUÇÃO

A eletricidade, desde a sua descoberta, tem demonstrado considerável importância para humanidade. Está presente direta ou indiretamente na maior parte das tarefas realizadas, sendo inserida em nossa rotina por meio de aparelhos, processos industriais, dispositivos eletrônicos, entre tantos outros. Ela está presente em nossos hábitos e influencia profundamente o modo de vida da civilização moderna, que se modifica a partir das inúmeras possibilidades que a energia elétrica permite. Dentre elas, pode-se destacar desenvolvimento do setor de transporte, setor industrial, comercial e nos lares, de diversas formas tais como: iluminação, eletrônicos, eletrodomésticos e sistemas de refrigeração e aquecimento (VAN VALKENBURGH; NEVILLE, 1992).

A nível mundial, inúmeras pessoas ainda não contam com o serviço de fornecimento e energia elétrica no seu dia a dia. Segundo dados divulgados pela Organização da Nações Unidas (ONU^[3]), apesar dos avanços tecnológicos, cerca de 1 bilhão de pessoas ao redor do mundo não tem acesso à energia elétrica. Famílias e comunidades inteiras convivem com uma limitação que compromete toda a vida urbana e rural, privando-os da iluminação pública e doméstica, climatização de ambientes e uso de aparelhos eletroeletrônicos em geral.

Até o ano 2000 existiam no Brasil mais de dois milhões de domicílios rurais sem acesso à energia elétrica (IBGE, 2000), o que representava mais de 10 milhões de brasileiros não atendidos por esse serviço. Visando modificar esse cenário, em 2003, foi criado o Programa “Luz para Todos”. Conforme Freitas e Oliveira (2017), até novembro de 2016 o programa já havia atendido 15,9 milhões de moradores das áreas rurais brasileiras. Apesar do número significativo de famílias atendidas, ainda há um grande déficit, motivo pelo qual o programa foi prorrogado até 2022 (ELETROBRAS, 2018).

Dentre as inúmeras consequências negativas da falta de energia elétrica, o desperdício de alimentos devido à impossibilidade de utilização de sistemas de refrigeração é um dos que mais afetam as famílias sem acesso a esse bem. Convencionalmente, os alimentos são conservados em sistemas dependentes de energia elétrica, mantendo-os em condições de temperatura e umidade ideais.

Considerando esse contexto e preocupado com as dificuldades locais da sua comunidade, o professor nigeriano Mohammed Bah Abba elaborou uma solução voltada para a refrigeração e conservação de alimentos, em substituição à geladeira convencional, “trata-se de um dispositivo muito simples, em uso em algumas comunidades carentes de países da África, capaz de abaixar em vários graus a temperatura de seu interior quando comparada com a temperatura ambiente.” (BARROS FILHO et al., 2011, p.2).

Para alcançar seu objetivo, ele pensou em um produto que pudesse conservar alimentos a um baixo custo e que os materiais necessários a sua construção fossem obtidos na natureza local, daí surgiu a ideia do projeto Pot in Pot, que resumidamente consiste na utilização da energia de evaporação da água para o resfriamento de alimentos e bebidas. Além de dispensar o uso de energia elétrica, a geladeira é feita de areia e vasos de barro, matéria prima barata e abundante naquele local.

Diante do exposto, o objetivo geral deste artigo é mapear e analisar a produção científica relativa aos estudos que abordam o funcionamento do sistema Pot in Pot. Para alcançar tal objetivo, elencou-se como objetivos específicos:

a) Contextualizar o surgimento do sistema Pot in Pot;

b) Elucidar os conceitos de física aplicados ao experimento, quais sejam: resfriamento evaporativo e transferência de calor.

Em termos conceituais, considera-se, neste estudo, eficiência a partir da capacidade de resfriamento evaporativo do sistema Pot in Pot. A eficiência é calculada pela seguinte fórmula:

E = (TAmb – Tin)/(TAmb – Tbu)                                  [equação 1]

TAmb = Temperatura Ambiente

Tin = Temperatura interna

Tbu = Temperatura de bulbo úmido

O princípio de funcionamento do Pot in Pot é com base no resfriamento evaporativo, ideal para regiões de clima quente, seco e com baixos índices pluviométricos, como é o caso das regiões do semiárido brasileiro e de grande parte do território nacional.

Conforme descrito na metodologia, no Brasil há poucas pesquisas abordando o sistema Pot in Pot, a maioria dos trabalhos encontrados são de origem estrangeira. Nas pesquisas encontradas, ainda que com procedimentos e materiais diferentes, mas com base nos mesmos princípios, o Pot in Pot mostra-se eficiente na redução da temperatura e, consequentemente, na conservação de alimentos, retardando seu amadurecimento e melhorando suas condições de consumo. Pesquisas também apontam que o dispositivo se mostrou uma alternativa na conservação de medicamentos à temperatura ambiente padrão.

A metodologia consiste em um levantamento de artigos que tratam sobre o tema “Pot in Pot”. Sendo assim, o material para análise desta pesquisa trata-se de fontes secundárias de origem nacional e internacional, disponíveis nas plataformas “Portal de periódicos da Capes periódicos”, “Scielo”, “Medline” (Pubmed), no Catálogo de Teses & Dissertações da CAPES e por fim no “Google acadêmico”. Para a busca usou-se os termos “Pot in Pot”, “Zeer Pot” e “resfriamento evaporativo” como palavras-chave, sendo encontrados um total de 518 artigos. O critério de seleção baseou-se na busca por artigos que descrevessem os tipos de Pot in Pot existentes, os aspectos-chave para seu funcionamento ou que tratassem/possibilitassem o cálculo da eficiência de resfriamento do referido sistema.

Para tanto, esta pesquisa está estruturada em 05 partes, além desta introdução: a) revisão bibliográfica acerca dos conceitos de física aplicados ao experimento, visando trazer subsídio para a análise; b) notas metodológicas – que buscará descrever os passos e métodos utilizados na pesquisa; c) análise de dados – que trará os principais resultados gerados a partir da análise; d) considerações finais; e) perspectivas – trabalhos futuros.

2. ASPECTOS TEÓRICOS

Nesta seção serão abordados a história do Pot in Pot, os conceitos de resfriamento evaporativo e a transferência de calor.

2.1 HISTÓRIA DO POT IN POT

A situação de pobreza e vulnerabilidade social é uma realidade de inúmeras famílias, o que afeta o acesso a diversos serviços públicos, dentre eles, o fornecimento de energia elétrica. Convencionalmente, os alimentos são conservados em sistemas dependentes de energia elétrica, mantendo-os em condições de temperatura e umidade ideais. Considerando o contexto de exclusão dessas famílias, o  desperdício de alimentos devido à impossibilidade de utilização de sistemas de refrigeração e o clima com temperaturas elevadas, levaram Mohammed Bah Abba, professor nigeriano, a desenvolver, em 1995,  o sistema Pot in Pot, dispositivo similar a um refrigerador sem utilização de eletricidade (OLIVEIRA, 2006).

Mohammed Bah Abba é proveniente da zona norte da Nigéria, onde, segundo Wiedenhefdt et al.(2013), 90% dos vilarejos não possuem acesso à energia elétrica, o que implica em problemas de abastecimento e, consequentemente, riscos de agravos à saúde entre os moradores. Sem acesso à energia elétrica, nessa região, as meninas eram impedidas de frequentar as escolas para vender nas ruas frutas e hortaliças colhidas por seus familiares, antes que amadurecessem.^[4]

O projeto “Pot in Pot” que traduzido significa “pote em pote” funciona a partir de um vaso menor que é posto em outro vaso maior, o espaço entre ele é preenchido com areia molhada, o que intensifica a eficiência do resfriamento. Os alimentos são colocados no pote interno e,  durante o uso, mantidos cobertos por um tecido úmido (Figura 1). O “segredo” da conservação está na evaporação da água, quando isso ocorre, o calor é expulso e provoca a queda de temperatura no interior do vaso interno, mantendo assim os alimentos conservados por mais tempo e sem o uso de energia elétrica (GUIMARÃES et al., 2017).

Figura 1 – Diagrama modelo do Pot in Pot

A implantação desse sistema além de proporcionar o conforto de um sistema de refrigeração para aqueles que não possuem acesso à energia elétrica, trouxe benefícios sociais para os agricultores daquela região, possibilitando por muito mais tempo a conservação de hortaliças e frutas colhidas, e também para as crianças, já que a estas foi dada a possibilidade de irem à escola e em outro horário vender a produção familiar.^[5]

2.2 RESFRIAMENTO EVAPORATIVO

O resfriamento evaporativo funciona a partir de um princípio físico. Segundo tal princípio, quando um líquido é vaporizado resfria-se o ar que o circunda, a temperatura máxima de resfriamento se dá pela diferença entre a temperatura de bulbo úmido e bulbo seco. Dessa forma, quanto maior for a diferença dessas temperaturas, melhor será o desempenho do sistema de resfriamento evaporativo, consequentemente, quanto mais rápido a água é evaporada maior será o processo de resfriamento. A partir do momento que se tem igualdade entre as temperaturas, encerra-se o processo de resfriamento devido à inexistência evaporação da água com o ar (DADHICH et al., 2008).

Quando nos aproximamos de uma região com grande volume de água, como rios e lagos, principalmente no período noturno, sentimos uma sensação de rebaixamento da temperatura, isso ocorre devido ao processo de evaporação da água. Quando água evapora, ela passa do estado líquido para o gasoso, essa mudança de estado faz com que a água transfira calor para o ar que está em contato com ela, em forma de calor.

Há diferentes termos relacionados ao conceito de resfriamento evaporativo, são eles: Temperatura de bulbo seco (Tbs), Temperatura de bulbo úmido (Tbu), Ponto de Orvalho (PO) e Umidade Relativa (UR). Segundo Abreu et al., (1999) a Tbs trata-se da temperatura informada pelo termômetro comum, sendo simplesmente à temperatura do ar. Quanto à Tbu, refere-se à temperatura informada por termômetro, cujo bulbo é recoberto por tecido de algodão úmido. O valor de temperatura de bulbo seco é sempre maior que o bulbo úmido, exceto quando a umidade relativa do ar for de 100%, nesse caso, as duas temperaturas tem o mesmo valor. Ainda, segundo Abreu et al., (1999), o Ponto de Orvalho é a temperatura na qual o vapor de água presente no ar ambiente passa ao estado líquido na forma de pequenas gotas por via de condensação, o chamado orvalho. Já a Umidade Relativa trata-se da relação entre a massa de vapor d’água contida em um volume de ar e a massa de vapor d’água do ar saturado, para a mesma temperatura.

Segundo Abreu (1999) o Brasil possui grande diversidade climática. O resfriamento evaporativo é viável em todas as classes climáticas, exceto em regiões com clima Af (clima tropical com temperatura média anual alta e constantemente úmido) devido a presença da alta umidade, como já descrito anteriormente, esse parâmetro influencia diretamente na eficiência do resfriamento.

Conforme discutido, o resfriamento evaporativo envolve água e ar, este promovendo a evaporação da água provoca a redução da temperatura em um meio devido à transferência de calor na forma de energia, portanto é necessário discutir também o conceito de transferência de calor.

2.3 TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Sobre transferência de calor, Araújo (1978) diz que quando há uma diferença de temperatura entre dois corpos colocados em contato ocorre uma transferência de energia na forma de calor, do corpo de maior para o de menor temperatura.

Segundo Araújo(1978) a transferência de energia em forma de calor se dá através de três modos distintos: condução, convecção e radiação. Para que ocorra a  condução é necessário que ocorra contato entre os materiais, enquanto por meio da convecção e da radiação o mesmo não ocorre. Os modos distintos de transferência de calor serão discutidos detalhadamente a seguir.

Segundo Young e Freedman (2008), na condução há transferência de energia na forma  de calor  entre corpos de diferentes temperaturas que estejam em contato, sendo o sentido do fluxo de calor do corpo de maior para o de menor temperatura.

Quanto à convecção, Kreith (1977) a define como o processo de transferência de energia envolvendo porções de fluidos de diferentes temperaturas.

A radiação é definida por Knight (2009) como o processo de transferência de energia entre superfícies de diferentes temperaturas, separadas no espaço ou no vácuo, por meio de ondas eletromagnéticas.

Com base nos conceitos apresentados acima e associando-os ao princípio de funcionamento do Pot in Pot, observa-se que a retirada de calor da região de maior temperatura transferindo-o para a região de menor temperatura resulta em redução da temperatura da areia contida entre os vasos, o que consiste num processo de transferência de energia na forma de calor (figura 2) por mio da  convecção térmica.

Figura 2 – Ilustração do princípio de resfriamento por convecção do Pot in Pot

3. ASPECTOS METODOLÓGICOS

O presente estudo refere-se a um levantamento de artigos que tratam sobre o tema Pot in Pot. Sendo assim, o material para análise refere-se a fontes secundárias de origem nacional e internacional disponíveis nas plataformas a seguir: “Portal de periódicos da Capes periódicos”, “Scielo”, “Medline” (Pubmed), no Catálogo de Teses & Dissertações da CAPES e por fim no “Google acadêmico”. Usou-se os termos “Pot in Pot”, “Zeer Pot” e “resfriamento evaporativo” como palavras-chave, sendo encontrados um total de 518 artigos abordando pesquisas realizadas nacional e internacionalmente, a maioria dos encontrados abordam trabalhos  realizados em outros países.

Tabela 01 – Base de dados acessadas e quantitativo de artigos encontrados e selecionados.

Fonte: elaboração própria a partir dos dados coletados, março de 2020.

O levantamento foi realizado no dia 20 de março de 2020 e o critério de seleção baseou-se na busca por artigos que atendessem algum dos quatro critérios:

I) tratassem da eficiência de resfriamento do sistema Pot in Pot, conforme equação 1;

II) apresentasse elementos que possibilitaram a sua mensuração;

III) abordasse os aspectos chave para o bom funcionamento do referido sistema e;

IV) descrevessem informações dos tipos de Pot in Pot.

Sendo assim, o critério de exclusão baseou-se em artigos que não apresentavam informações necessárias para quantificar a eficiência do resfriamento do sistema Pot in Pot, que não abordassem aspectos-chave para seu funcionamento ou que não que não disponibilizasse informações sobre os tipos existentes. A maioria dos artigos não forneciam elementos para mensurar quantitativamente a eficiência de arrefecimento do sistema em questão, tratavam do uso do equipamento para conservação de alimentos e medicamentos ou se referiam a pesquisas na área de química, ciências agrárias, dentre outros, o que foge ao tema central deste artigo. Sendo assim, 06 artigos foram selecionados e estão resumidos na Tabela 02.

Tabela 02 – Relação de artigos selecionados para análise

Fonte: elaboração própria a partir dos dados coletados, março de 2020.

Após a coleta dos dados, os artigos foram submetidos à análise, com vistas à mensuração da eficiência de arrefecimento e levantamento dos tipos existentes e aspectos importantes para o bom funcionamento do dispositivo.

A seguir serão apresentados os resultados e as discussões em torno das informações obtidas com a análise dos dados coletados, sendo este tópico estruturado em três partes principais: “Tipos de Pot in Pot”, “Aspectos chaves para o bom funcionamento do Pot in Pot” e “Eficiência de arrefecimento do sistema de resfriamento evaporativo”.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 TIPOS DE POT IN POT

Este tópico aborda os tipos de sistemas Pot in Pot encontrados no material coletado. No Brasil há poucas pesquisas realizadas envolvendo essa técnica, a maioria dos artigos encontrados são fruto de pesquisas realizadas em outros países. Após o primeiro dispositivo criado por Mohammed Bah Abba citado no item 2.1, outros foram desenvolvidos, alguns achados serão detalhados a seguir.

Com base nos princípios de funcionamento do Pot in Pot  Roy e Khardi (1985) apud Falayi e Jongbo (2011) descreveram um sistema de refrigeração bastante simples desenvolvido pelo Instituto Indiano de Pesquisa Agrícola. Este sistema consiste em uma câmara de arrefecimento construída a partir de tijolos e areia de rio, com uma tampa feita a partir de  cana de açúcar ou outro material vegetal e sacos ou pano.

Similar à câmara descrita por Roy e Khardi (1985), câmara com os mesmos princípios do Pot in Pot de Mohammed Bah Abba  Falayi e Jongbo (2011) desenvolveram um sistema de arrefecimento evaporativo, sem uso de energia elétrica,  constituído de parede de tijolo, uma câmara (caixa metálica) de arrefecimento e areia do fundo do mar, que esta atuando como meio evaporativo. Experimentando esse sistema de arrefecimento para armazenamento de produtos agrícolas perecíveis, ao final de oito dias Falayi e Jongbo (2011) verificaram que os produtos armazenados não apresentaram qualquer deterioração perceptível. A temperatura média caiu 7 °C e a umidade relativa apresentou uma queda de 4%, conforme a avaliação do experimento. Para os autores, o resfriador evaporativo testado manteve a frescura dos produtos agrícolas perecíveis armazenados e retardou o amadurecimento, melhorando deste modo a capacidade de armazenamento dos produtos agrícolas perecíveis no metal em parede (refrigerador por evaporação). Para Falayi e Jongbo (2011) o sistema testado é eficiente para armazenar com sucesso frutas e vegetais pelo período de 6 a 8 dias.

Outro sistema baseado nos mesmos princípios foi construído por Dadhich et al., (2008) na Maharana Pratap Universidade de Agricultura e Tecnologia, na cidade de Udaipur, no estado de Rajasthan, na Índia, para realização de estudo comparativo sobre armazenamento de frutas e legumes em câmara fria evaporativa e em ambiente.

O projeto de Dadhich et al., (2008) baseou-se no resfriamento evaporativo de um corpo poroso usando água no pote de resfriamento tradicional.  O dispositivo consistia em uma estrutura de tijolo de parede dupla, areia do leito do rio usada para preencher a lacuna e pedaços de bambu para construção da tampa, que após a construção completa foi colocada sobre a câmara e umedecida por aspersão de água. Esta cobertura superior foi usada para cobrir as frutas e vegetais na estrutura e para impedi-los de exposição direta do sol. Sob esta capa, também foi colocada uma folha de plástico para proteger o gotejamento de água sobre os vegetais.  Nesse experimento, Dadhich et al. (2008) verificaram que a temperatura interna era 10 a 15 ° C abaixo da temperatura externa, e a umidade interna cerca de 30 a 40% superior à externa. Tais autores ainda verificaram que a perda de peso de frutas e legumes mantidos dentro da câmara foi menor do que aqueles armazenados fora da câmara. As frutas e legumes permanecem frescos por até 3 a 5 dias a mais dentro da câmara.  Eles concluíram que o sistema testado pode armazenar as frutas e legumes por 3 a 5 dias sem causar danos significativos.

Outro trabalho envolvendo pesquisa com sistema alternativo de armazenamento com os mesmos princípios do Pot in Pot  foi realizada por Yahaya et al. (2019) na Universidade de Ilorin, capital do estado de Kwara na Nigéria. Neste trabalho, os autores pesquisaram o efeito das altitude no desempenho do sistema de resfriamento Pot in Pot no armazenamento de alimentos e medicamentos à temperatura ambiente. O experimento foi montado em um espaço seco e ventilado para que a água evaporasse efetivamente para o exterior. Foram utilizados vasos de barro maiores e menores, sendo a areia colocada no fundo dos vasos grandes, formando uma camada de aproximadamente 5 cm de profundidade. Os vasos menores foram colocados no topo da areia e centralizados nos vasos grandes. Os pequenos vasos foram cobertos com toalha úmida para impedir a entrada de ar quente na câmara. Foi então adicionada água para tornar o meio de revestimento úmido. Cada vaso foi colocado em diferentes alturas.

Segundo Yahaya et al. (2019), os dados foram coletados durante cinquenta e nove dias  e ao final desta avaliação tais autores concluíram que: o aumento da altura de montagem do nível do solo para 1 m de altura favorece a ventilação natural, e por consequência, a eficiência média do dispositivo aumentou cerca de 8%.

Longmone (2003) também experimentou o sistema Pot in Pot para a conservação de tomates, goiabas, rúcula, quiabo e cenouras. Observou que por meio do seu uso foi possível armazená-los por mais tempo, passando o prazo de validade de tais vegetais de 2,2,1,4,4 para 20,20,5,17,20 dias, respectivamente. Com o armazenamento no Pot in Pot houve uma aumento significativo na conservação das condições de consumo humano de  todos os vegetais estudados por Longmone (2003).

Segundo Gunadasa, Awanthi e Rupasinghe (2017), o refrigerador Pot in Pot ou Zeer pot (Zeer em árabe) funciona a base do princípio evaporativo e foi inserido em locais com o clima quente e seco para preservar alimentos. O dispositivo é constituído de dois vasos separados entre si por areia molhada, a areia funciona como absorvente da água. Os autores buscaram por meio da pesquisa o uso de  materiais à base de plantas: pó de coco, pó de serra e palha de milho moída e seca com cabelo de milho, em substituição à areia para melhorar a eficiência de refrigeração do equipamento. Os resultados dos estudos demonstraram que a eficiência de arrefecimento da areia, pó de coco, pó de serra e palha de milho moída e seca com cabelo de milho foram de 69%, 58,6%, 60,8%, 22,9%, respectivamente. O autores concluíram que, considerando a queda de temperatura, o aumento da umidade relativa do ar e a eficiência de refrigeração, o pó de serra e pó de coco podem ser usados como uma alternativa à areia em Zeer pot.

A pesquisa de Ogle et al. (2016), baseou-se na aplicação de dispositivos que reduzem a temperatura do ambiente sem o uso de energia para conservação de insulina. O estudo analisou a eficácia dos equipamentos em relação ao resfriamento. Foram estudados treze dispositivos usados ​​no Sudão, Etiópia, Tanzânia, Mali, Índia, Paquistão e Haiti sendo: 10 panelas de barro, pele de cabra, uma cabaça de legumes e um balde cheio de areia molhada e duas carteiras de refrigeração idênticas fabricadas comercialmente, o dispositivo da Índia trata-se do Pot in Pot. Os equipamentos foram condicionados segundo as instruções locais. A eficácia do resfriamento foi avaliada pela diferença de temperatura absoluta média, diferença entre a temperatura interna e a ambiente, e a porcentagem (%) máxima possível resfriamento evaporativo, permitida pela umidade local. Os autores concluíram que os dispositivos podem atingir temperaturas médias iguais ou próximas à temperatura ambiente padrão (20 – 25 ° C) mesmo em climas quentes, e todos eles se mostraram mais eficazes em locais com baixas umidades.

Todos os trabalhos discutidos anteriormente foram realizados em outros países. No caso do Brasil, há um número baixo de trabalhos publicados envolvendo dispositivos com princípios do Pot in Pot.  Como uma das pesquisas  realizadas no Brasil destaca-se a pesquisa realizada por Guimarães et.al. (2017), na Universidade Estadual de Goiás – Campus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo. Tais autores propuseram testar dois modelos reduzidos de casas, o primeiro com alvenaria de tijolo ecológico e o segundo com alvenaria de bloco cerâmico convencional. Segundo eles, para a aplicação da técnica Pot in Pot preencheu-se os espaços formados no interior da alvenaria com argila expandida e molhou esse núcleo com água por dois horários em cada dia de realização do experimento.

Para Guimarães et.al. (2017) a técnica para produção do sistema do Pot in Pot aplicada aos modelos reduzidos de habitação mostrou-se eficiente quanto à redução de temperatura ambiente na média de 3.8 ºC, o que para tais autores é um indicativo da eficiência do sistema.

Outra pesquisa desenvolvida no Brasil envolvendo o Pot in Pot foi realizada por  Wiedenhefdt et al. (2013), no Instituto Federal do Rio Grande do Sul – Campus Canoas. O experimento tem como objetivo testar a eficiência do Pot in Pot  e verificar se o isopor pode substituir a areia no processo. Wiedenhefdt et al., (2013) concluíram que o Pot in Pot realmente funciona, mesmo com potes de alturas distintas, mas que o isopor não é um material que pode ser utilizado para a construção do sistema.

Experimentos realizados na Universidade Federal de Pernambuco, região nordeste do Brasil,  utilizaram hortaliças folhosas e tomates e verificaram a redução da temperatura do ambiente interno do sistema de conservação Pot in Pot em até 10ºC, bem como, o aumento do tempo de vida útil das hortaliças (OLIVEIRA, 2004, apud, OLIVEIRA, 2006, p. 15). Oliveira (2006) investigando a eficiência do Pot in Pot na conservação de pimentão e de tomate, para as condições climáticas também de Pernambuco, verificou que o Pot in Pot aumentou a vida útil destas hortaliças, sendo mais eficiente para conservação do tomate, sendo a eficiência do sistema dependente das características intrínsecas das hortaliças.

Os materiais utilizados para a construção dos sistemas com base nos mesmos princípios do Pot in Pot de Mohammed Bah Abba nos estudos discutidos anteriormente, tanto no Brasil quanto em outros países, variam de acordo com o que há de disponível em cada localidade, motivo pelo qual esta tecnologia se caracteriza como de baixo custo.  Seguindo os princípios da técnica  Pot in Pot os modelos construídos com materiais variados mostra-se eficiente, principalmente para redução da temperatura, conforme evidenciado nas pesquisas.

4.2 ASPECTOS CHAVES PARA O BOM FUNCIONAMENTO DO POT IN POT: ÁREA DE SUPERFÍCIE, UMIDADE RELATIVA, TEMPERATURA E MOVIMENTO DO AR

A umidade relativa (UR) do ar influencia de forma significativa, quanto menor a UR maior será a absorção do ar, ou seja, quanto mais seco for o ar maior será a evaporação da água. Portanto, verifica-se que quando ar quente passa a ter contato com uma superfície úmida, ela faz com que a parte da água se evapore, essa vaporização ocorre até que o ar fique saturado, por se tratar de um processo adiabático, não se tem perda ou ganho de calor (ABREU et al.,  1999).

Já o aspecto 2 – Temperatura do ar – influencia o funcionamento do sistema da seguinte maneira. Para ocorrer a vaporização é necessário que a água mude do seu estado físico líquido para gasoso, as altas temperaturas favorecem essa mudança, ou seja, locais com maiores temperatura terão maior evaporação e, consequentemente, maior resfriamento. De outra forma, as temperaturas mais baixas farão que se tenha níveis mais baixos de resfriamento devido a diminuição da evaporação da água(ODESOLA; ONYEBUCHI,  2009).

Quanto ao aspecto 3 – Movimento do ar – ele pode ser compreendido a partir do papel essencial desempenhado pela ventilação natural ou artificial no processo de resfriamento evaporativo. Quando água evapora pela superfície do vaso externo o ar daquela área é umedecido, isso porque a evaporação tende a diminuir, a ventilação é importante para substituir o ar úmido por um ar seco a fim de aumentar ou manter a evaporação constante (ODESOLA; ONYEBUCHI,  2009).

O aspecto 4 – Área de superfície – influencia diretamente na evaporação, quanto maior for a área de superfície a partir do qual a água pode evaporar-se, maior será taxa de evaporação, ou seja, quanto maior a área de contato com o ar que circunda melhor será o resfriamento neste local.

4.3 SISTEMA DE RESFRIAMENTO EVAPORATIVO E SUA EFICIÊNCIA DE ARREFECIMENTO

A seguir, serão analisados apenas os artigos que apresentavam informações necessárias para quantificar a eficiência do resfriamento do sistema Pot in Pot, ou seja, que forneciam elementos para mensurar quantitativamente a eficiência de arrefecimento do sistema em questão.

Yahaya et al., (2019) em seu artigo “Efeito das alturas de instalação no desempenho do sistema de refrigeração Pot in Pot para armazenamento de alimentos e medicamentos à temperatura ambiente”, realizou a instalação de seu experimento em um espaço seco e ventilado para que a água evaporasse efetivamente para o exterior. Cada vaso foi colocado em diferentes alturas: H1 = nível do solo, H2 = 0,5 metro e  H3 = 1 metro acima do solo a fim de observar o desempenho de cada do equipamento em relação a cada altura. Os autores concluíram que o aumento da altura de montagem do nível do solo para 1 m de altura favorece a ventilação natural e, por consequência, a eficiência média do dispositivo eleva cerca de 8%. A partir dos dados de temperatura e umidade relativa do ar contidas na pesquisa foi calculada o valor da eficiência média, o valor ficou em 80,0% (Tabela 3) considerando o experimento instalado a 1 m de altura.

O projeto de Dadhich et al. (2008) consistia em uma estrutura de tijolo de parede dupla, areia do leito do rio usada para preencher a lacuna e pedaços de bambu para construção da tampa. Após a construção completa, foi colocada sobre a câmara e umedecida por aspersão de água. Para cálculo da eficiência média (Tabela 3) do referido projeto foram usados os dados dos sete dias do mês de fevereiro. Com o dispositivo carregado (com alimentos em seu interior) a eficiência média calculada foi de 50,6%.

O refrigerador Pot in Pot se mostra eficaz mesmo quando comparado a outros dispositivos que funcionam a partir do resfriamento evaporativo. Na pesquisa de Ogle et al. (2016), que analisou a eficácia de arrefecimento de treze dispositivos usados no Sudão, Etiópia, Tanzânia, Mali, Índia, Paquistão e Haiti, sendo o dispositivo da Índia o Pot in Pot. A umidade ambiente e a temperatura interna e externa de cada dispositivo foi aferida com medidores eletrônicos a cada 5 minutos em Cartum (88 h) e, para os dois vasos de Mali, em Bamako (84 h).

Segundo Ogle et al., (2016) as médias das temperaturas e umidade ambiente ficaram em 31,0 °C e 32,0% em Cartum (Sudão) e 32,9 °C e 39,8% em Bamako (Mali), todos os dispositivos estudados apresentaram diminuição de temperatura, a eficácia dos equipamentos variou entre 20,5% a 71,3% em relação ao máximo resfriamento.

A média da eficácia de arrefecimentos  dos equipamentos ficou em 48,45%, no caso do Pot in Pot a eficácia de arrefecimento foi de 59,6%, isso comprova que o equipamento da Índia apresenta desempenho acima da média geral dos dispositivos analisados no referido estudo. Para cálculo da eficiência média (Tabela 3) da referida pesquisa foram usados os valores da média de temperatura e umidade para os meses mais quentes (3 meses), bem como a média das temperaturas de bulbo úmido. Para estes valores a eficiência média encontrada foi de 62,8%.

Gunadasa, Awanthi e Rupasinghe (2017), buscaram por meio da pesquisa o uso de  materiais à base de plantas: pó de coco, pó de serra e palha de milho moída e seca com cabelo de milho, em substituição à areia para melhorar a eficiência de refrigeração do equipamento. As conclusões do referido estudo apontam que a areia apresentou a melhor eficiência de arrefecimento: 69%.

4.3.1 COMPARATIVO DA EFICIÊNCIA DO SISTEMA EVAPORATIVO

Para  o cálculo da eficiência de arrefecimento do sistema evaporativo não basta observar a diferença entre Temperatura Ambiente e interna (TAmb -Tin), é necessário verificar a temperatura ambiente (TAmb) e a máxima depressão de temperatura que o dispositivo pode alcançar, ou seja, a temperatura de bulbo úmido (Tbu). Dessa forma, a eficiência é calculada pela seguinte fórmula: E = (TAmb – Tin) / (TAmb – Tbu).

A partir dos dados contidos nos artigos analisados tais como: umidade ambiente, temperatura do ar, temperatura de bulbo úmido e eficiência de arrefecimento, a tabela de comparação das eficiências abaixo foi preenchida.

Tabela 3. A comparação das eficiências de arrefecimento de diferentes pesquisas

Fonte: elaboração própria a partir dos dados coletados

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O funcionamento do sistema Pot in Pot pôde ser explicado a partir dos princípios de resfriamento evaporativo e transferência de calor. Essa técnica, ainda que reproduzida de maneiras diferentes e variando os tipos de materiais, e desde que mantidos seus princípios, mostra-se eficiente na redução da temperatura e conservação de alimentos

Considerando o relevante impacto sócio ambiental desta tecnologia para alguns países africanos, e considerando ainda que esses países apresentam condições análogas às brasileiras, no que se refere às condições climáticas e à parcela da população que ainda não possui acesso ao fornecimento de energia elétrica em suas residências, é relevante desenvolver pesquisas que possibilitem produção de conhecimento a fim de replicar a tecnologia aqui no Brasil.

Diante disso, trabalhos publicados sobre o tema foram analisados com vistas à elucidar os conceitos de física aplicados ao experimento. Ademais, os tipos de Pot in Pot existentes foram mapeados, chegando a conclusão de que a técnica pode ser aplicada de diversas formas. Conforme material coletado, concluiu-se que a umidade relativa do ar, temperatura do ar, movimento do ar e a área de superfície são os aspectos-chave que influenciam o bom funcionamento do dispositivo.

A partir dos dados coletados, a eficiência de arrefecimento foi calculada, o que permitiu concluir que a média da eficiência dos dispositivos analisados foi de 65,6% e que o experimento desenvolvido por Yahaya et al. (2019) apresenta a maior eficiência de arrefecimento 80,0%.

6. PERSPECTIVAS

A partir deste artigo, estudos futuros podem ser desenvolvidos:

• realizar testes laboratoriais a fim de obter melhores eficiências do sistema Pot in Pot;
• divulgar o sistema Pot in Pot nas regiões de clima quente e seco;
• implementar o uso do Sistema Pot in Pot para as populações sem acesso a equipamentos de refrigeração.

7. AGRADECIMENTOS

À Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação (PRPPG) da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); ao Programa de Pós-Graduação em Saúde, Sociedade e Ambiente (PPGSaSA/UFVJM); à Fundação Diamantinense de Apoio ao Ensino, Pesquisa e Extensão (FUNDAEPE); á Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG); ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

REFERÊNCIAS

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APÊNDICE – REFERÊNCIAS DE NOTA DE RODAPÉ

3. Disponível em: < http://agenciabrasil.ebc.com.br/internacional/noticia/2017-12/quase-1-bilhao-de-pessoas-no-mundo-vivem-sem-eletricidade-diz-onu>. Acesso em: 23 fev. 2019.

4. Disponível em: http://lists.bioenergylists.org/files/Bah_Abba_pot_in_pot.pdf. Acesso em 12/04/2020.

5. Disponível em: http://lists.bioenergylists.org/files/Bah_Abba_pot_in_pot.pdf. Acesso em 12/04/2020.

ANEXOS

Figuras em inglês

Figure 1 – Pot in Pot model diagram

Figure 2 – Illustration of the Pot in Pot convection cooling principle

^[1] Mestrando pelo programa de Mestrado Profissional Interdisciplinar em Saúde, Sociedade e Ambiente (SaSA) da UFVJM, Especialista em Engenharia em Segurança do Trabalho e em Educação a Distância, Graduado em Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas Elétricos de Potência e Teleinformática.

^[2] Doutor em Engenharia Civil pelo departamento de Engenharia da Construção da Universidade Politécnica de Catalunya (UPC) (Barcelona, Espanha), Mestre em engenharia civil pela UPC, especialização em gestão de projetos pela Fundação Getulio Vargas (FGV – Brasil), graduação em engenharia Civil pela UPC.

Enviado: Abril, 2020.

Aprovado: Maio, 2020.