Un grupo de ingenieros han diseñado un nuevo sistema que puede ayudar a enfriar edificios en áreas metropolitanas abarrotadas sin consumir electricidad.
El sistema, descrito en Nature Sustainability', consta de un material especial, una asequible película de polímero/aluminio, que se instala dentro de una caja en la parte inferior de un "refugio" solar especialmente diseñado. La película ayuda a mantener sus alrededores frescos al absorber el calor del aire dentro de la caja y transmitir esa energía al exterior.
El refugio tiene un doble propósito, ayudando a bloquear la luz solar entrante, al tiempo que irradia radiación térmica emitida desde la película hacia el cielo.
"El polímero se mantiene frío ya que disipa el calor a través de la radiación térmica, y luego puede enfriar el medio ambiente, explica el coautor Lyu Zhou, candidato a doctorado en ingeniería eléctrica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Buffalo (Estados Unidos).
Esto se llama enfriamiento radiativo o pasivo, y es muy interesante porque no consume electricidad, no necesitará una batería u otra fuente de electricidad para realizar el enfriamiento".
"Una de las innovaciones de nuestro sistema es la capacidad de dirigir deliberadamente las emisiones térmicas hacia el cielo", añade el investigador principal Qiaoqiang Gan, profesor asociado de ingeniería eléctrica de la UB. "Normalmente, las emisiones térmicas viajan en todas las direcciones. Hemos encontrado una manera de transmitir las emisiones en una dirección estrecha. Esto permite que el sistema sea más efectivo en entornos urbanos, donde hay edificios altos en todos los lados. Usamos materiales de bajo costo disponibles comercialmente y descubren que funcionan muy bien".
En conjunto, el sistema de refugio y caja diseñado por los ingenieros mide 45,72 centímetros, 25,4 centímetros de largo y de ancho. **Para enfriar un edificio, se tendrían que **instalar numerosas unidades del sistema para cubrir un techo.
El estudio fue una colaboración internacional entre el grupo de Gan en la UB, el grupo de Boon Ooi en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita, y el grupo de Zongfu Yu en la Universidad de Wisconsin-Madison.
El nuevo sistema de enfriamiento pasivo aborda un problema importante en el campo: cómo puede funcionar el enfriamiento radiativo durante el día y en áreas urbanas abarrotadas.
"Durante la noche, el enfriamiento radiativo es fácil porque no tenemos entrada solar, por lo que las emisiones térmicas simplemente se apagan y nos damos cuenta fácilmente del enfriamiento radiativo", señala Haomin Song, profesor asistente de investigación en ingeniería eléctrica de la UB. "Pero el enfriamiento durante el día es un desafío porque el sol está brillando. En esta situación, necesita encontrar estrategias para evitar que los tejados se calienten. También necesita encontrar materiales emisivos que no absorban la energía solar. Nuestro sistema aborda estos desafíos".
Seis grados de día, once de noche
Cuando se coloca afuera durante el día, la película que emana calor y el refugio solar ayudaron a reducir la temperatura de un espacio pequeño y cerrado en un máximo de aproximadamente 6 grados. Por la noche, esa cifra aumentó a unos 11 grados centígrados.
El nuevo sistema de enfriamiento radiativo incorpora una serie de características de diseño ópticamente interesantes. Uno de los componentes centrales es la película de polímero/metal, que está hecha de una lámina de aluminio recubierta con un polímero transparente llamado polidimetilsiloxano. El aluminio refleja la luz solar, mientras que el polímero absorbe y disipa el calor del aire circundante.
Los ingenieros colocaron el material en el fondo de una caja de espuma y erigieron un "refugio" solar encima de la caja, utilizando un material que absorbe energía solar para construir cuatro paredes inclinadas hacia afuera, junto con un cono cuadrado invertido dentro de esas paredes.
Esta arquitectura tiene un doble propósito: primero, ayuda a esponjar la luz solar. En segundo lugar, la forma de las paredes y el cono dirigen el calor emitido por la película hacia el cielo.
"Si observa los faros de su automóvil, tiene una estructura determinada que le permite dirigir la luz en una dirección determinada", añade Gan. "Seguimos este tipo de diseño. La estructura de nuestro sistema de conformación de haz aumenta nuestro acceso al cielo. La capacidad de dirigir las emisiones mejora el rendimiento del sistema en áreas concurridas".
Manuel Garcia
13/08/2019