Aparelho resfria o ar e aquece água - ao mesmo tempo e sem gastar eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/02/2021

Este aparelho simples faz o que os pesquisadores chamam de "mágica do gelo e do fogo".
[Imagem: University at Buffalo]

Ar-condicionado e aquecimento sem gastar energia

Com a melhoria dos materiais, tem crescido o interesse na refrigeração passiva, ou refrigeração radiativa, aquele tipo de resfriamento que manda o calor para o espaço sem gastar energia.

Além de diminuir o gasto de energia dos sistemas de ar-condicionado, várias equipes estão tentando mesclar a refrigeração radiativa com materiais trabalhados em nanoescala para refletir ou para aproveitar o calor do Sol que incide sobre os edifícios.

Lyu Zhou e seus colegas da Universidade de Buffalo, nos EUA, acabam de fazer um progresso significativo nessa área.

Zhou criou um sistema híbrido muito simples que conseguiu feitos notáveis - e sem gastar nada de eletricidade. O equipamento:

• reduziu a temperatura dentro de um sistema de teste em um ambiente externo, sob luz solar direta, em mais de 12 ºC;
• baixou a temperatura de uma caixa de teste projetada para simular a noite em mais de 14 ºC;
• e capturou simultaneamente calor solar suficiente para aquecer água a cerca de 60 ºC.

Embora o protótipo tenha apenas 70 centímetros quadrados, a equipe garante que ele pode ser ampliado para cobrir telhados inteiros, permitindo reduzir a dependência de combustíveis fósseis e eletricidade usados pelos sistemas de ar-condicionado e aquecimento. E também pode ajudar comunidades com acesso limitado à eletricidade.

"É importante ressaltar que nosso sistema não desperdiça a entrada de energia solar. Em vez disso, a energia solar é absorvida pelos espelhos seletivos do espectro solar e pode ser usada para aquecimento solar de água, algo que é amplamente usado como um dispositivo energético eficiente em países em desenvolvimento. Ele pode reter os efeitos do aquecimento solar e do resfriamento radiativo em um único sistema sem a necessidade de eletricidade. É realmente uma espécie de sistema 'mágico' de gelo e fogo," disse o professor Qiaoqiang Gan, coordenador da equipe.

O segredo da "mágica de gelo e fogo" está nos painéis nanoestruturados em formato de V, formados por múltiplas camadas que lidam com os diversos comprimentos de onda da luz solar.
[Imagem: Lyu Zhou et al. - 10.1016/j.xcrp.2021.100338]

2 em 1: Refrigerador e aquecedor

O refrigerador/aquecedor consiste essencialmente de dois espelhos, feitos com 10 camadas extremamente finas de prata e dióxido de silício, dispostos em formato de V.

Esses espelhos absorvem a luz do Sol, transformando a energia solar das ondas visíveis e do infravermelho próximo em calor, que é então usado para aquecer a água.

Os espelhos também refletem as ondas do infravermelho médio de um "emissor" - uma caixa vertical entre os dois espelhos -, que então reflete o calor para o céu em um comprimento de onda para o qual a atmosfera terrestre é transparente, ou seja, o calor vai literalmente para o espaço.

"Uma das principais inovações do nosso sistema é a capacidade de separar e reter o aquecimento solar e o resfriamento radiativo em diferentes componentes em um único sistema," disse Zhou. "Durante a noite, o resfriamento radiativo é fácil porque não temos entrada solar, então as emissões térmicas simplesmente cessam e executamos o resfriamento radiativo com facilidade. Mas o resfriamento diurno é um desafio porque o Sol está brilhando. Nessa situação, você precisa encontrar estratégias para separar o aquecimento solar da área de resfriamento. "

Esse é justamente o papel do emissor de calor, a caixa que fica no centro do "V".

O protótipo alcançou uma densidade de potência de resfriamento de 280 watts por metro quadrado. A capacidade de aquecimento (60 ºC) é significativa, mas a equipe planeja trabalhar para superar os 100 ºC, o que permitirá a geração de vapor, que pode ser usado não apenas para aquecimento, mas também para gerar eletricidade.

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