Refrigeração sem eletricidade integra três tecnologias para resfriar mais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/09/2022

Dois protótipos do sistema integrado de refrigeração, que não consome eletricidade (os circuitos e fiação são para monitoramento).
[Imagem: Zhengmao Lu]

Refrigeração com sinergia

Engenheiros do MIT reuniram em um único equipamento três tecnologias que prometem reduzir largamente o consumo de energia com ar-condicionado e refrigeração, além de levar mais conforto a locais remotos.

O equipamento de demonstração combina refrigeração evaporativa (um sistema natural de resfriamento baseado na evaporação da água), refrigeração radiativa, ou refrigeração passiva (uma tecnologia que envia o calor para o frio do espaço) e isolamento térmico.

Tudo foi acondicionado em um pacote fino, mostrando que, se fabricada em escala industrial, a junção das três técnicas pode vir a se assemelhar aos painéis solares.

A inovação consiste em combinar projetos de resfriamento independentes anteriores, já demonstrados por várias equipes ao redor do mundo, mas que fornecem quantidades limitadas de energia de resfriamento. O resultado é um nível de resfriamento significativamente maior, mas mantendo a grande vantagem de não exigir qualquer consumo de eletricidade

O protótipo forneceu 9,3 ºC de resfriamento a partir da temperatura ambiente, o suficiente para ampliar em 40% o tempo de armazenamento de alimentos em condições muito úmidas; em condições secas, o tempo de armazenamento seguro de alimentos triplica.

Em locais que já possuam equipamentos de ar condicionado, o novo sistema pode ser usado para reduzir a carga desses sistemas enviando água fria para a parte mais quente do sistema, o condensador. "Ao diminuir a temperatura do condensador, você pode aumentar efetivamente a eficiência do ar condicionado, de modo que pode economizar energia," disse Zhengmao Lu, responsável pela junção das técnicas de refrigeração.

Princípio de funcionamento da tecnologia integrada.
[Imagem: Zhengmao Lu et al. - 10.1016/j.xcrp.2022.101068]

Funcionamento da refrigeração múltipla

O sistema consiste em três camadas de material, que fornecem resfriamento à medida que a água e o calor passam por elas.

A camada superior é um aerogel, um material que consiste principalmente de ar contido nas cavidades de uma estrutura semelhante a uma esponja, feita de polietileno. O material é altamente isolante, mas permite que o vapor de água e a radiação infravermelha passem livremente.

A evaporação da água (que sobe da camada abaixo) fornece parte do poder de resfriamento, enquanto a radiação infravermelha, aproveitando a extrema transparência da atmosfera da Terra nesses comprimentos de onda, irradia parte do calor diretamente para o ar e para o espaço - ao contrário dos condicionadores de ar, que expelem ar quente no ambiente circundante.

Abaixo do aerogel há uma camada de hidrogel - outro material semelhante a uma esponja, mas cujos espaços porosos são preenchidos com água em vez de ar. Ele é semelhante ao material atualmente usado comercialmente para produtos como bolsas térmicas para fisioterapia. É esse hidrogel que fornece a fonte de água para o resfriamento evaporativo: O vapor de água se forma em sua superfície, passa direto pela camada de aerogel e sai para o meio ambiente - é necessário fornecer água para que o sistema mantenha-se em funcionamento contínuo.

Abaixo de tudo fica uma camada semelhante a um espelho, que reflete qualquer luz solar que chegue até ela, enviando-a de volta pelo dispositivo, evitando aquecer os materiais e, assim, reduzir sua carga térmica. E a camada superior do aerogel, sendo um bom isolante, também é altamente refletora solar, limitando a quantidade de aquecimento solar do dispositivo, mesmo sob forte luz solar direta.

"A novidade aqui está de fato na reunião do recurso de resfriamento radiativo, do recurso de resfriamento evaporativo e também do recurso de isolamento térmico, tudo em uma única arquitetura," resumiu Lu.

Para tornar a tecnologia realmente acessível, a equipe pretende agora baratear o custo do aerogel.
[Imagem: Zhengmao Lu et al. - 10.1016/j.xcrp.2022.101068]

Aerogel mais barato

Enquanto a refrigeração passiva por si só já possui até mesmo projetos de uma geladeira do tipo "Faça você mesmo", o protótipo construído pela equipe ainda possui um elemento de custo significativo: O aerogel.

E as propriedades do aerogel são a chave para a eficiência geral do sistema. Ele ainda é caro de produzir porque requer equipamento especial para um processo chamado secagem de ponto crítico, que remove solventes lentamente da delicada estrutura porosa sem danificá-la.

A equipe já está explorando maneiras de tornar esse processo de secagem mais barato, como o uso de liofilização, ou encontrar materiais alternativos que possam fornecer a mesma função isolante a um custo menor, como membranas separadas por um espaço de ar.

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