Telha adaptativa reduz custos de ar-condicionado sem gastar energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2023

As telas (ou ladrilhos) funcionam com base em um motor de cera.
[Imagem: Charles Xiao et al. - 10.1016/j.device.2023.100186]

Telha refrigeradora

Cerca de metade da energia consumida pelos edifícios é gasta em ar-condicionado no verão e em aquecimento no inverno, e esse número tende a aumentar com o avanço da urbanização e a elevação mundial das temperaturas.

Há vários esforços tentando minimizar esse custo, desde cerâmicas de refrigeração e tintas térmicas até várias técnicas de resfriamento radiativo passivo, ou refrigeração passiva, que manda o calor para o frio do espaço sem gastar energia.

Charles Xiao e colegas da Universidade da Califórnia de Santa Bárbara, nos EUA, criaram agora uma telha adaptativa que, quando implantada em telhados, pode reduzir as contas de aquecimento no inverno e de resfriamento no verão sem a necessidade de eletrônicos. Como é modular, o material também pode ser usado como um ladrilho para o revestimento de paredes.

"Ele alterna entre um estado de aquecimento e um estado de resfriamento, dependendo da temperatura do ladrilho. A temperatura alvo é de cerca de 18 °C," disse Xiao. Essa temperatura foi escolhida com base nas condições climáticas do Hemisfério Norte, mas pode ser alterada para a temperatura mediana de outras regiões.

Os protótipos são pequenos, com cerca de dez centímetros quadrados, funcionando como um dispositivo termorregulador passivo, uma superfície móvel que pode alterar suas propriedades térmicas em resposta a uma faixa de temperaturas.

Os testes demonstraram uma redução no consumo de energia para resfriamento em 3,1 vezes e na energia para aquecimento em 2,6 vezes em comparação com dispositivos sem comutação cobertos com revestimentos reflexivos ou absorventes convencionais.

Protótipos e esquema da instalação de teste.
[Imagem: Charles Xiao et al. - 10.1016/j.device.2023.100186]

Motor de cera

O coração desse ladrilho termorregulador é um motor de cera, um atuador linear que converte energia térmica em energia mecânica explorando o comportamento de mudança de fase das ceras.

Com base na mudança no volume da cera em resposta às temperaturas a que é exposta, um motor de cera cria uma pressão que move peças mecânicas, traduzindo energia térmica em energia mecânica. Esses dispositivos são comumente encontrados em vários aparelhos, como máquinas de lavar louça e máquinas de lavar roupas, bem como em aplicações mais especializadas, como na indústria aeroespacial.

No caso da telha - ou ladrilho -, dependendo do seu estado o motor de cera pode empurrar ou retrair pistões que fecham ou abrem persianas na superfície do ladrilho. Assim, em temperaturas mais frias, enquanto a cera está sólida, as venezianas são fechadas e planas, expondo uma superfície que absorve a luz solar e minimiza a dissipação de calor através da radiação. Mas, assim que as temperaturas atingem cerca de 18 °C, a cera começa a derreter e a expandir-se, abrindo as persianas e expondo uma superfície que reflete a luz solar e emite calor.

Além disso, durante o processo de fusão ou congelamento, a cera também absorve ou libera grande quantidade de calor, estabilizando ainda mais a temperatura do ladrilho e da construção.

Por operar com um motor de cera, não são necessários componentes eletrônicos, baterias ou fontes de energia externas para operar o ladrilho.

"O dispositivo ainda é uma prova de conceito, mas esperamos que ele conduza a novas tecnologias que um dia possam ter um impacto positivo nos gastos energéticos dos edifícios," disse Elliot Hawkes, membro da equipe.

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