Imagínese un dispositivo que puede sentarse al aire libre bajo la luz del sol en un día despejado, y sin usar energía, enfriar las cosas en más de 23 grados Fahrenheit 13 grados Celsius. Casi suena como magia, pero un nuevo sistema diseñado por investigadoresen el MIT y en Chile podemos hacer exactamente eso.
El dispositivo, que no tiene partes móviles, funciona mediante un proceso llamado enfriamiento radiativo. Bloquea la luz solar entrante para evitar que se caliente y, al mismo tiempo, irradia luz infrarroja, que es esencialmente calor, que pasa directamentehacia el cielo y el espacio, enfriando el dispositivo significativamente por debajo de la temperatura del aire ambiente.
La clave para el funcionamiento de este sistema simple y económico es un tipo especial de aislamiento, hecho de una espuma de polietileno llamada aerogel. Este material liviano, que se ve y se siente un poco como malvavisco, bloquea y refleja los rayos visibles de la luz solar.para que no penetren a través de él. Pero es muy transparente a los rayos infrarrojos que transportan el calor, lo que les permite pasar libremente hacia afuera.
El nuevo sistema se describe hoy en un artículo en la revista avances científicos , del estudiante graduado del MIT Arny Leroy, profesora de ingeniería mecánica y jefa de departamento Evelyn Wang, y otras siete personas en el MIT y en la Pontificia Universidad Católica de Chile.
Un sistema de este tipo podría usarse, por ejemplo, como una forma de evitar que las verduras y frutas se echen a perder, duplicando potencialmente el tiempo que el producto podría permanecer fresco, en lugares remotos donde no se dispone de energía confiable para la refrigeración, explica Leroy.
Minimizar la ganancia de calor
El enfriamiento radiativo es simplemente el proceso principal que utilizan la mayoría de los objetos calientes para enfriarse. Emiten radiación infrarroja de rango medio, que transporta la energía térmica del objeto directamente al espacio porque el aire es muy transparente a la luz infrarroja.
El nuevo dispositivo se basa en un concepto que Wang y otros demostraron hace un año, que también usaba enfriamiento radiativo pero empleaba una barrera física, una tira estrecha de metal, para proteger el dispositivo de la luz solar directa y evitar que se calentara.Ese dispositivo funcionó, pero proporcionó menos de la mitad de la potencia de enfriamiento que logra el nuevo sistema debido a su capa aislante altamente eficiente.
"El gran problema era el aislamiento", explica Leroy. El mayor aporte de calor que impedía que el dispositivo anterior lograra un enfriamiento más profundo era el calor del aire circundante. "¿Cómo se mantiene fría la superficie sin dejar de irradiar?", se preguntó. El problema es que casi todos los materiales aislantes también son muy buenos para bloquear la luz infrarroja y, por lo tanto, interferirían con el efecto de enfriamiento radiativo.
Se ha investigado mucho sobre las formas de minimizar la pérdida de calor, dice Wang, quien es profesor de Ingeniería Mecánica Gail E. Kendall. Pero este es un tema diferente que ha recibido mucha menos atención: cómo minimizar la ganancia de calor."Es un problema muy difícil", dice.
La solución surgió a través del desarrollo de un nuevo tipo de aerogel. Los aerogeles son materiales livianos que consisten principalmente en aire y brindan muy buen aislamiento térmico, con una estructura compuesta por formaciones microscópicas similares a espuma de algún material. La nueva visión del equipoera hacer un aerogel de polietileno, el material que se usa en muchas bolsas de plástico. El resultado es un material blanco, blando y blando que es tan liviano que un volumen determinado pesa solo 1/50 más que el agua.
La clave de su éxito es que, si bien bloquea más del 90 por ciento de la luz solar entrante, protegiendo así la superficie inferior del calentamiento, es muy transparente a la luz infrarroja, lo que permite que alrededor del 80 por ciento de los rayos de calor pasen libremente hacia afuera ".Estábamos muy emocionados cuando vimos este material ", dice Leroy.
El resultado es que puede enfriar drásticamente una placa, hecha de un material como metal o cerámica, colocada debajo de la capa aislante, que se conoce como emisor. Esa placa podría enfriar un recipiente conectado a ella, olíquido frío que pasa a través de bobinas en contacto con él, para proporcionar enfriamiento al producto o al aire o al agua.
Poniendo el dispositivo a prueba
Para probar sus predicciones sobre su efectividad, el equipo junto con sus colaboradores chilenos instalaron un dispositivo de prueba de concepto en el desierto de Atacama de Chile, partes del cual son las tierras más secas de la Tierra. Prácticamente no reciben lluvia, sin embargo,justo en el ecuador, reciben una luz solar intensa que podría poner el dispositivo a una prueba real. El dispositivo logró un enfriamiento de 13 grados centígrados bajo la luz solar completa al mediodía. Pruebas similares en el campus del MIT en Cambridge, Massachusetts, lograron algo menos de 10 gradosenfriamiento.
Eso es suficiente enfriamiento para marcar una diferencia significativa en la conservación de productos en ubicaciones remotas, dicen los investigadores. Además, podría usarse para proporcionar una etapa de enfriamiento inicial para la refrigeración eléctrica, minimizando así la carga en esos sistemas para permitirles operarmás eficientemente con menos energía.
En teoría, un dispositivo de este tipo podría lograr una reducción de temperatura de hasta 50 C, dicen los investigadores, por lo que continúan trabajando en formas de optimizar aún más el sistema para que pueda expandirse a otras aplicaciones de enfriamiento, como el aire de construcciónacondicionamiento sin necesidad de ninguna fuente de energía. El enfriamiento radiativo ya se ha integrado con algunos sistemas de aire acondicionado existentes para mejorar su eficiencia.
Sin embargo, ya han logrado una mayor cantidad de enfriamiento bajo la luz solar directa que cualquier otro sistema radiativo pasivo que no sean los que usan un sistema de vacío para el aislamiento, que es muy efectivo pero también pesado, costoso y frágil.
Este enfoque también podría ser un complemento de bajo costo para cualquier otro tipo de sistema de enfriamiento, proporcionando enfriamiento adicional para complementar un sistema más convencional. "Cualquiera que sea el sistema que tenga", dice Leroy, "colóquele el aerogel yobtendrá un rendimiento mucho mejor ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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