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

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.

Bibliografia:

Artigo: Hybrid concentrated radiative cooling and solar heating in a single system

Autores: Lyu Zhou, Haomin Song, Nan Zhang, Jacob Rada, Matthew Singer, Huafan Zhang, Boon S. Ooi, Zongfu Yu, Qiaoqiang Gan

Revista: Cell Reports Physical Science

DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100338

Película para telhados substitui o ar condicionado com zero consumo de energia

As tecnologias estão cada vez mais avançadas no que diz respeito às técnicas para se refrescar do calor tropical com baixo custo. Você sabia que uma película para telhados é capaz de substituir o ar condicionado com consumo zero de energia? Isso mesmo! Ela resolve dois problemas com uma só solução, isso sem contar com as diversas outras vantagens que pode ter.

Uma alternativa ecologicamente correta, acessível a praticamente todos os tipos de “bolso” e deveras eficiente. Essa invenção foi feita por pesquisadores nos Estados Unidos, mais especificamente na Universidade do Estado do Colorado.

Xiabo Yin e Ronggui Yang publicaram o estudo relatando como conceberam a película. Esta é capaz de executar a refrigeração de ambientes sem precisar do uso de energia elétrica e gás refrigerador.

Como é o funcionamento da película para telhados?

É através do processo da filtragem de raios solares incidentes na atmosfera que essa maravilha acontece. Os cientistas fizeram a conversão dos calores exorbitantes em radiações infravermelhas no exato comprimento de onda que a atmosfera retorna.

A película é produzida com polimetilpentano. Este é um plástico totalmente transparente que contém adições de pequenas pedras de vidro. Este material se transforma em lâminas com 50 milionésimos de metro de espessura, após ter um dos seus lados, revestido com prata.

A partir do momento que esta película permanece em cima do telhado, com o lado que está prateado voltado para baixo, reflete a luz do sol por meio do plástico. Isso impede que o ambiente se aqueça, liberando o calor que é interno para a nossa atmosfera.

Já a capacidade de resfriamento da película alcança até 93 watts/m². Durante a noite, essa capacidade se potencializa ainda mais. Segundo Yin e Yang, aproximadamente 20 m² desse filme bastam para que se mantenha a temperatura média de uma residência em 20°C à temperaturas externas de 37°C.

A película para telhados que substitui o ar condicionado com zero consumo de energia pode ser sua grande aliada. Isso se dá em termos de economia financeira e sustentabilidade. Que tal deixar a sua opinião nos comentários?

Irmãos usam caixas de leite para reduzir a temperatura nas casas (e economizar energia)

Após o consumo do leite, muitos de nós descartamos suas embalagens, não é? Não para os estudantes do Instituto Federal do Ceará – IFCE, que fica em Aracati, a 150 quilômetros de Fortaleza.Eles estão transformando as caixas de leite em pequenos isolantes térmicos para reduzir a temperatura ambiente, assim, economizar energia.

A iniciativa simples por sua vez é de baixo custo e foi pensada pelos irmãos gêmeos Diego e Gabriellen de Vasconcelos como uma alternativa para diminuir o desconforto em relação às altas temperaturas que castigam aquela região do sertão cearense.As embalagens são acomodadas entre as telhas e caibros e/ou ripas. Com isso, os raios solares são refletidos e, consequentemente, ajudam a diminuir a temperatura do local.

Para você ter uma ideia, de acordo com um estudo realizado pela Universidade de Campinas, 16 caixinhas longa vida de leite são suficientes para ter um metro quadrado de manta isolante, e pode chegar a diminuir a temperatura em até oito graus. Sensacional, não é?

“Há várias maneiras de resfriar um ambiente, mas em Aracati a população não tem uma condição financeira alta”, explicou o professor e orientador Antônio Sabino, que também destacou que a população ‘abraçou’ a causa. “Tivemos uma ótima aceitação na campanha de arrecadação dos materiais”, completa Sabino.

Engenheira cria sistema de refrigeração que transforma calor do Sol em frio

Manter os alimentos frescos não é nada fácil em países quentes que carecem de infra-estrutura. Uma pesquisadora mexicana já desenvolveu um sistema de refrigeração que não usa substâncias nocivas para o meio ambiente e é alimentado pelo sol, e pode manter a água a 9°C por até três meses.

Com essa temperatura é possível conservar alimentos, mas o objetivo é chegar a 5º C, o que tornará possível conservar pescado sem desnaturar as proteínas do peixe.

Desenvolvida por Susana Elvia Toledo Flores, do Instituto de Ciências da Universidade de Puebla no México, o dispositivo trabalha com zeolitas um mineral altamente poroso.

Durante o dia “se produz o aquecimento, a deadsorção e o período de condensação. A energia solar aquece a zeólita e aumenta a pressão de vapor do metanol. Este refrigerante se condensa e é conservado em um tanque que alimenta o evaporador,” explica a engenheira.

Durante a noite o processo se inverte, tendo lugar a evaporação, adsorção e o resfriamento. “A temperatura da cama adsorvente diminui depois do pôr-do-sol, por isso a pressão do refrigerante se reduz e ocorre a evaporação, enquanto o adsorvente é esfriado. Durante este período o refrigerante começa a evaporar e é novamente adsorvido pela zeólita, gerando o esfriamento. O processo de adsorção continua toda a noite, até a manhã seguinte,” segundo a pesquisadora.