Un sistema de enfriamiento pasivo económico que no requiere energía

• El nuevo sistema de enfriamiento pasivo proporciona un enfriamiento efectivo en ambientes cálidos sin usar energía producida por combustible.
• En ambientes secos, puede proporcionar un enfriamiento de hasta 40 ° C por debajo de la temperatura ambiente.
• Podría complementar los sistemas de enfriamiento existentes para almacenar vacunas y alimentos en áreas calientes fuera de la red.

Los mecanismos de enfriamiento existentes se basan en sistemas de compresión de vapor y refrigerados por líquido, que son bastante complejos y costosos. El sistema de enfriamiento pasivo, por otro lado, como el enfriamiento radiativo atmosférico, utiliza la atmósfera de la Tierra en longitudes de onda del infrarrojo medio para reducir las temperaturas a niveles significativos.

Durante años, investigadores de todo el mundo han intentado desarrollar sistemas de enfriamiento pasivo y hasta ahora han podido construir estos sistemas utilizando instrumentos fotónicos complejos que son costosos de fabricar y no se pueden utilizar ampliamente. La mayoría de ellos están desarrollados para reflejar perfectamente todas las longitudes de onda y emitir radiación de infrarrojo medio.
Sin embargo, para lograr esto, debe agregar múltiples capas de materiales y controlar sus espesores con precisión nanométrica.

Ahora, los investigadores del MIT han desarrollado un nuevo sistema pasivo de bajo costo que proporciona enfriamiento en un día caluroso y soleado, sin requerir energía producida por combustible. Podría complementar otros sistemas de enfriamiento para almacenar / conservar medicamentos y alimentos en áreas fuera de la red.

En teoría, el sistema es capaz de proporcionar refrigeración hasta 20 ° C por debajo de la temperatura ambiente. Sin embargo, mientras lo demostraban, los investigadores pudieron lograr un enfriamiento de 6 ° C. Para bajar aún más la temperatura, se podrían usar sistemas de enfriamiento o refrigeración termoeléctricos tradicionales.

¿Cómo funciona?

El nuevo sistema de enfriamiento pasivo simplemente bloquea la luz solar directa, usando una pequeña franja colocada a 90 grados para cubrir el camino del Sol a través del cielo. Esto elimina la necesidad de rastrear instrumentos.

Un instrumento blanco simple, desarrollado combinando aluminio pulido, película plástica de bajo costo y aislamiento, permite una emisión de calor suficiente a través de la radiación en el rango del infrarrojo medio. Más específicamente, aprovecha la superposición espectral de la emisión radiativa de objetos terrestres cerca de la temperatura ambiente entre la longitud de onda de 8 y 13 micrómetros.

Al colocar un paraguas sobre el sistema y complementarlo con aislamiento, los investigadores lograron que el enfriamiento fuera más efectivo durante el día. Realizaron experimentos al aire libre y encontraron que el sistema estaba bloqueando efectivamente la luz solar directa mientras emitía continuamente las longitudes de onda del infrarrojo medio al cielo.

Referencia:Nature Communications | doi:10.1038 / s41467-018-07293-9 | MIT

Hace algunas décadas, los científicos solo habían estado desarrollando sistemas para reducir el calentamiento. Pero ahora, están usando cortinas de manera inteligente junto con mecanismos de filtrado de luz de apoyo para bajar la temperatura.

Limitaciones y aplicaciones

Crédito de la imagen:Bikram Bhatia / MIT

Los sistemas no funcionan correctamente en una atmósfera húmeda. Reduce la cantidad de emisión de infrarrojos a través del aire, limitando la cantidad de enfriamiento a 20 ° C (por debajo de la temperatura ambiente). Sin embargo, si el ambiente es seco, podría producir hasta 40 ° C de enfriamiento.

Además, este sistema no se puede utilizar para enfriar casas o edificios enteros. Solo se puede usar para aplicaciones de refrigeración, como almacenar alimentos y medicamentos en áreas calientes fuera de la red. Aunque el enfoque no es lo suficientemente poderoso como para reducir las temperaturas hasta los niveles requeridos, al menos puede disminuir las cargas en los sistemas de enfriamiento existentes, para proporcionar solo la última fase de enfriamiento.

También podría usarse en sistemas fotovoltaicos concentrados, en los que espejos especiales enfocan los rayos solares en las células solares para elevar su eficiencia. Estos sistemas a menudo se sobrecalientan y exigen un mantenimiento térmico regular. El sistema de enfriamiento pasivo puede controlar fácilmente este problema de calefacción, eliminando la necesidad de una gestión térmica activa.

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En los próximos años, los investigadores intentarán mejorar el sistema. El mayor desafío al hacerlo sería descubrir un material aislante capaz de evitar que todo el sistema se caliente excesivamente por el aire externo.