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Material promete substituir o ar-condicionado

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23 abr 2019
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substituto do ar-condicionado

O material pode resfriar telhados, estruturas com consumo de energia zero

Uma equipe de engenheiros da Universidade de Colorado Boulder desenvolveu um meta-material de engenharia com propriedades extraordinárias não encontradas na natureza – para atuar como um tipo de sistema de ar condicionado para estruturas. Ele tem a capacidade de arrefecer objetos mesmo sob luz solar direta com zero de energia e consumo de água.

Quando aplicado a uma superfície, o filme de meta-material esfria o objeto embaixo  refletindo a energia solar de entrada de volta para o espaço enquanto simultaneamente permite que a superfície derrame seu próprio calor na forma de radiação térmica infravermelha.

O novo material, que é descrito na revista Science, poderia fornecer um meio  de resfriamento suplementar para usinas termoelétricas, que atualmente exigem grandes quantidades de água e eletricidade para manter as temperaturas de operação de suas máquinas.

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Imagem: colorado.edu

O material híbrido de vidro-polímero dos pesquisadores mede apenas 50 micrômetros de espessura – um pouco mais espessa do que a folha de alumínio encontrada em uma cozinha – e pode ser fabricado economicamente em rolos, tornando-se uma tecnologia potencialmente viável em larga escala para aplicações residenciais e comerciais.

“Sentimos que este processo de fabricação de baixo custo será transformador para aplicações do mundo real desta tecnologia de resfriamento radiativo”, disse Xiaobo Yin, co-diretor da pesquisa e professor assistente que tem nomeações duplas no Departamento de Engenharia Mecânica da CU Boulder E o Programa de Ciência e Engenharia de Materiais. Yin recebeu o prêmio de DARPA Young Faculty em 2015.

O material aproveita o 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, mas o resfriamento durante o dia tem sido historicamente mais um desafio. Para uma estrutura exposta à luz solar, mesmo uma pequena quantidade de energia solar diretamente absorvida é suficiente para negar a radiação passiva.

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Imagem: inverse.com

Apesar de ser muito diferente de um sistema comum de um ar condicionado, as promessas são eficazes e muito parecidas com a utilidade do aparelho original.

Os desafios futuros:

O desafio para os pesquisadores de CU Boulder, então, era criar um material que pudesse fornecer duas soluções em uma: refletir quaisquer raios solares  de volta para a atmosfera enquanto fornece um meio de escape para a radiação infravermelha. Para resolver isso, os pesquisadores incorporaram microsferas de vidro com radiação infravermelha visivelmente espalhando em um filme de polímero. Em seguida, adicionaram um revestimento de prata fino por baixo para obter a máxima reflectância espectral.

“Tanto a formação de metamaterial de polímero de vidro como o revestimento de prata são fabricados em escala em processos de rolo a rolo”, acrescentou Ronggui Yang, também professor de engenharia mecânica e membro da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos.

“Apenas 10 a 20 metros quadrados deste material no telhado poderia muito bem arrefecer uma casa unifamiliar no verão”, disse Gang Tan, professor associado do Departamento de Engenharia Civil e Arquitetônica da Universidade de Wyoming e co-autor de o papel.

Substituto do ar-condicionado?

Além de ser útil para o resfriamento de edifícios e usinas, o material também pode ajudar a melhorar a eficiência e a vida útil dos painéis solares. Na luz solar direta, os painéis podem superaquecer a temperaturas que dificultam sua capacidade de converter raios solares em eletricidade.

“Apenas aplicando este material à superfície de um painel solar, podemos resfriar o painel e recuperar um adicional de dois a dois por cento da eficiência solar”, disse Yin. “Isso faz uma grande diferença em escala.”

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Imagem: greenbuildingnews.com

Os engenheiros solicitaram uma patente para a tecnologia e estão trabalhando com o Escritório de Transferência de Tecnologia da CU Boulder para explorar possíveis aplicações comerciais. Eles planejam criar um protótipo de 200 metros quadrados “cooling farm” em Boulder.

A invenção é o resultado de uma concessão de $ 3 milhões concedida em 2015 a Yang, Yin e Tang pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada do Departamento de Energia-Energia (ARPA-E).

“A principal vantagem dessa tecnologia é que ela funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana, sem uso de eletricidade ou água”, disse Yang. “Estamos entusiasmados com a oportunidade de explorar usos potenciais na indústria de energia, aeroespacial, agricultura e muito mais”.

Co-autores da nova pesquisa incluem Yao Zhai, Yaoguang Ma e Dongliang Zhao de CU Boulder Departamento de Engenharia Mecânica; Sabrina David, do Programa de Ciência e Engenharia de Materiais da CU; E Runnan Lou da Ann e H.J. Smead Departamento de Ciências da Engenharia Aeroespacial.

Fonte: University of Colorado Bouder

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