Mecânica

Ar-condicionado que não gasta energia pronto para o mercado

Ar-condicionado que não gasta energia pronto para o mercado
O material tem a forma de uma folha flexível, que se amolda a superfícies curvas, como o telhado de uma casa. [Imagem: CU Boulder]

Ar-condicionado sem gasto de energia

O conceito de refrigeração passiva, em que o o calor é mandado direto para o espaço, ficou ainda melhor e muito próximo do uso real.

Engenheiros da Universidade do Colorado, nos EUA, criaram um irradiador de calor na forma de um metamaterial fino e flexível, que pode ser fabricado em larga escala com as tecnologias disponíveis.

O material funciona como uma espécie de sistema de ar condicionado, resfriando objetos, casas e outras estruturas de forma contínua, dia e noite, com consumo zero de energia ou água.

Quando aplicado sobre uma superfície, o filme de metamaterial esfria o objeto embaixo refletindo a energia solar incidente de volta para o espaço, ao mesmo tempo em que permite que o objeto libere seu próprio calor na forma de radiação térmica infravermelha.

Resfriamento radiativo passivo

O metamaterial é um híbrido de polímero e vidro com apenas 50 micrômetros de espessura - pouco mais do que uma folha de papel alumínio usada na cozinha - e pode ser fabricado a custo baixo em rolos, o que o torna uma tecnologia viável em grande escala tanto para aplicações residenciais quanto comerciais.

O material tira proveito do resfriamento radiativo passivo, o processo pelo qual os objetos perdem calor naturalmente na forma de radiação infravermelha, sem consumir energia. A radiação térmica proporciona algum resfriamento noturno natural e é usada para o resfriamento residencial em algumas áreas. Contudo, o resfriamento durante o dia, sob luz solar direta, vinha sendo historicamente um desafio a vencer - para uma estrutura exposta à luz solar, mesmo uma pequena quantidade de energia solar diretamente absorvida é suficiente para anular a radiação passiva.

Yao Zhai e seus colegas venceram o desafio sintetizando um material de dupla ação: ele reflete quaisquer raios solares incidentes de volta para o espaço, ao mesmo tempo fornecendo um meio de escape para a radiação infravermelha. Para isso, sobre um substrato de polímero foram depositadas microesferas de vidro que dispersam a luz visível e irradiam luz infravermelha. Em seguida, uma película de prata garante a máxima reflectância espectral.

"Tanto a formação do metamaterial de polímero e vidro, quanto o revestimento de prata, são fabricados em escala industrial em processos de rolo a rolo," disse Ronggui Yang, membro da equipe.

Ar-condicionado que não gasta energia pronto para o mercado
Ilustração da estrutura do metamaterial, cujas partes ativas são microesferas de vidro e uma película de prata. [Imagem: CU Boulder]

Quem quer vender?

Durante os testes de campo, o metamaterial demonstrou uma potência média de resfriamento radiativo de 110 watts por metro quadrado (W/m2) durante 72 horas contínuas, e de 90 W/m2 em luz solar direta ao meio-dia. Esse poder de resfriamento é aproximadamente equivalente à eletricidade gerada usando células solares em uma área similar, mas o resfriamento radiativo tem a vantagem de funcionar continuamente dia e noite.

"Apenas 10 a 20 metros quadrados deste material no telhado poderiam muito bem esfriar uma casa no verão", disse o pesquisador Gang Tan.

A equipe pretende construir imediatamente um protótipo de resfriamento passivo de 200 metros quadrados na própria universidade, para demonstrar a tecnologia aos interessados em comercializá-la.

Bibliografia:

Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytime radiative cooling
Yao Zhai, Yaoguang Ma, Sabrina N. David, Dongliang Zhao, Runnan Lou, Gang Tan, Ronggui Yang, Xiaobo Yin
Science
DOI: 10.1126/science.aai7899




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