Metamaterial Para Reflejar la Energía Solar e Irradiar el Calor de Estructuras


Un equipo de ingenieros de la Universidad de Colorado en Boulder y la Universidad de Wyoming ha desarrollado un "metamaterial" basado en vidrio y polímero que es capaz de mantener la superficie debajo de él de 10 a 16 grados (centígrados) más fría que sin él. Como el material no utiliza energía o agua, tiene un uso amplio para la construcción de los techos. El equipo ha detallado el diseño del material en el libro "Scalable-Manufactured Randomized Glass-Polymer Hybrid Metamaterial for Daytime Radiative Cooling".

"Es un desafío para obtener enfriamiento radiativo eficaz bajo el sol porque la absorción de la luz se convierte en calor y eso eleva la temperatura de un objeto. Es por ello que nos sentimos calientes al estar de pie bajo el sol", explica Zhai Yao, el autor principal del artículo y doctor en ingeniería mecánica en la Universidad de Colorado en Boulder. Zhai ayuda a desarrollar el material como parte de su trabajo doctoral. "Puesto que el calor puede ser emitido espontáneamente por un objeto en forma de radiación térmica, el objeto puede refrigerarse cuando la radiación térmica deja su superficie. Por esta razón la tierra puede ser enfriada durante la noche."

El metamaterial está diseñado para reducir la absorción de energía solar de un objeto y aumentar su emisividad de la radiación. "Esto se hace a través de una dispersión aleatoria de microesferas de dióxido de silicio (vidrio) que se encapsulan en una película polimérica delgada de 50 micrones," explica Zhai. "Las microesferas de dióxido de silicio se aplican para mejorar la capacidad de emisión de radiación térmica, y el polímero y el dióxido de silicio son transparentes, dando una menor absorción de la luz".

"El material refleja altamente la radiación solar incidente cuando está respaldada con una capa de plata y simultáneamente permite al objeto/estructura bajo el calor en forma de radiación térmica infrarroja", explicó Gang Tan, pH.d., profesor asociado en el Departamento de ingeniería civil y arquitectura en la Universidad de Wyoming. La película de prueba, en el cual las microesferas de vidrio constituyen 6 por ciento del volumen, refleja aproximadamente el 96 por ciento de la irradiación solar cuando fue respaldada por una capa de plata de 200 nm de espesor, según Tan. Los experimentos del equipo probaron el material por 72 horas día y noche.

La investigación fue financiada por una subvención de $ 3 millones del programa de Advanced Research Projects Agency – del Departamento de energía de Estados Unidos que fue adjudicado a Ronggui Yang, pH.d., profesor en el Departamento de ingeniería mecánica de la Universidad de Colorado en Boulder; Xiaobo Yin, pH.d., profesor asistente en el Departamento de ingeniería mecánica y Ciencias de los materiales y Departamento de ingeniería de la Universidad de Colorado en Boulder; y Tan.

El dinero fue para que el equipo diseñara un sistema para mantener centrales termoeléctricas más frescas. "En general, una planta termoeléctrica requiere más de 100 megavatios de capacidad para el enfriamiento, que es enorme", dice Zhai. El sistema que desarrolló el equipo sería capaz de mantener eficientemente una planta a una temperatura más baja.

El equipo ha encontrado que el sistema funciona con un rendimiento de enfriamiento radiativo a sus límites teóricos, de acuerdo con Zhai. Además, puesto que los metamateriales se prestan a un método de fabricación a gran escala conocido como extrusión de rollo a rollo, el material para aplicaciones de refrigeración a gran escala podía ser producido económicamente, según Tan. En el laboratorio, el metamaterial de 300 mm se fabrica a razón de 100 m² por hora.

Los investigadores han solicitado una patente para la tecnología y planean construir un prototipo con una capacidad de refrigeración de 1 kW en Boulder más adelante este año, según el material distribuido por la Universidad de Colorado.

Tan ve posibles aplicaciones del material en las celdas solares, almacenamiento de combustible, infraestructura de distribución de combustible e incluso camiones refrigerados. "También puede ser una tecnología que permita ahorro de energía en los sectores de agricultura y transporte," dijo Tan. Dentro de la industria de la construcción, podría aplicarse a las tejas, tragaluces y sistemas de enfriamiento radiativos para acondicionamiento de espacio. "Aplicar la película directamente en el techo podría reducir el uso de energía para aires acondicionaods en un 30 por ciento," dijo Tan.

El siguiente paso de los investigadores es desarrollar un sistema de circuito cerrado en el que el agua podría ser enfriada por el sistema y entonces utilizarla para enfriar una casa mediante la absorción de calor en cada habitación. "El propósito es ahorrar la electricidad utilizada por el aire acondicionado", dice Zhai. "En principio, el metamaterial con un tamaño de 20 metros cuadrados puede ahorrar hasta un 70 por ciento de la electricidad consumida por un aire acondicionado en una vivienda unifamiliar."

Con este calor es justo que encontremos nuevas formas de mantenernos frescos y consumir menos energía eléctrica. Si te gustó este artículo, recuerda COMENTAR, COMPARTIR, DAR LIKE Y...

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