O dispositivo desenvolvido no MIT pode fornecer refrigeração para locais remotos.
Os pesquisadores do MIT criaram uma nova maneira de fornecer resfriamento em um dia quente e ensolarado, usando materiais baratos e não requerendo energia gerada por combustível fóssil. O sistema passivo, que poderia ser usado para suplementar outros sistemas de refrigeração para preservar alimentos e medicamentos em locais quentes e em lugares remotos, é essencialmente uma versão high-tech de um guarda-sol.
O sistema permite a emissão de calor na faixa de luz do infravermelho médio que pode passar diretamente pela atmosfera e irradiar para o frio do espaço exterior, perfurando os gases que agem como uma estufa. Para evitar o aquecimento sob a luz direta do sol, uma pequena faixa de metal suspensa acima do dispositivo bloqueia os raios diretos do sol.
O novo sistema é descrito esta semana na revista Nature Communications em um artigo do pesquisador Bikram Bhatia, do estudante de pós-graduação Arny Leroy, professor de engenharia mecânica e chefe de departamento Evelyn Wang, professor de física Marin Soljačić e seis outros no MIT.
Em teoria, o sistema que eles projetaram poderia fornecer resfriamento de até 20 graus Celsius (36 graus Fahrenheit) abaixo da temperatura ambiente em um local como Boston, dizem os pesquisadores. Até agora, em seu teste inicial de prova de conceito, eles conseguiram um resfriamento de 6°C (cerca de 11°F). Para aplicações que exigem ainda mais resfriamento, o restante poderia ser alcançado através de sistemas de refrigeração convencionais ou resfriamento termoelétrico.
Outros grupos tentaram projetar sistemas passivos de resfriamento que irradiam calor na forma de comprimentos de onda do infravermelho médio, mas esses sistemas têm sido baseados em dispositivos fotônicos complexos que podem ser caros e não estão prontamente disponíveis para uso generalizado, afirmaram os pesquisadores. Os dispositivos são complexos porque são projetados para refletir quase todos os comprimentos de onda da luz do sol, e apenas para emitir radiação na faixa do infravermelho médio, em sua maior parte. Essa combinação de refletividade seletiva e emissividade requer um material de multicamadas onde as espessuras das camadas são controladas com precisão nanométrica.
Mas acontece que uma seletividade similar pode ser obtida simplesmente bloqueando a luz solar direta com uma faixa estreita colocada no ângulo certo para cobrir o caminho do sol no céu, não exigindo rastreamento ativo pelo dispositivo. Então, um dispositivo simples construído a partir de uma combinação de filme plástico barato, alumínio polido, tinta branca e isolamento pode permitir a emissão necessária de calor através da radiação infravermelha média, que é como a maioria dos objetos naturais se refrescam, impedindo o dispositivo de ser aquecido pela luz solar direta. Na verdade, sistemas de resfriamento radiativos simples têm sido usados desde a antiguidade para atingir o resfriamento noturno; O problema era que esses sistemas não funcionavam durante o dia porque o efeito de aquecimento da luz do sol era pelo menos 10 vezes mais forte do que o efeito máximo de resfriamento possível.
Mas os raios de aquecimento do sol viajam em linhas retas e são facilmente bloqueados - como experimentamos, por exemplo, ao pisar na sombra de uma árvore em um dia quente. Ao sombrear o dispositivo basicamente colocando um guarda-chuva sobre ele, e complementando-o com isolamento ao redor do dispositivo para protegê-lo da temperatura do ar ambiente, os pesquisadores tornaram o resfriamento passivo mais viável.
"Nós construímos a configuração e fizemos experiências ao ar livre em um telhado do MIT", diz Bhatia. “Foi feito usando materiais muito simples” e mostrou claramente a eficácia do sistema.
"É meio que enganadoramente simples", diz Wang. “Ao ter um tom separado e um emissor para a atmosfera - dois componentes separados que podem ser relativamente baratos - o sistema não requer uma capacidade especial para emitir e absorver seletivamente. Estamos usando seletividade angular para permitir o bloqueio do sol direto, enquanto continuamos a emitir os comprimentos de onda que transportam calor para o céu. ”
Este projeto "inspirou-nos a repensar sobre o uso de 'sombra'", diz Yichen Shen, uma afiliada de pesquisa e co-autor do artigo. “No passado, as pessoas só pensavam em usá-lo para reduzir o aquecimento. Mas agora, sabemos se a sombra é usada de forma inteligente juntamente com alguma filtragem de luz de suporte, ela pode realmente ser usada para resfriar o objeto ”, diz ele.
Um fator limitante para o sistema é a umidade na atmosfera, diz Leroy, que pode bloquear algumas das emissões de infravermelho através do ar. Em um lugar como Boston, perto do oceano e relativamente úmido, isso restringe a quantidade total de resfriamento que pode ser alcançada, limitando-a acerca de 20 graus Celsius. Mas em ambientes mais secos, como o sudoeste dos EUA ou muitos ambientes desérticos ou áridos ao redor do mundo, o resfriamento máximo alcançável poderia realmente ser muito maior, ele aponta, potencialmente até 40 ° C (72 ° F).
Embora a maioria das pesquisas sobre resfriamento radiativo tenha se concentrado em sistemas maiores que podem ser usados para resfriar salas ou edifícios inteiros, essa abordagem é mais localizada, diz Wang: “Isso seria útil para aplicações de refrigeração, como armazenamento de alimentos ou vacinas”.
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