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El dispositivo, que no tiene partes móviles, funciona mediante un proceso llamado enfriamiento radiativo. Irradia luz infrarroja, que es esencialmente calor, que pasa directamente al cielo y al espacio, enfriando el dispositivo significativamente por debajo de la temperatura ambiente.
La clave para el funcionamiento de este sistema simple y económico es un tipo especial de aislamiento, hecho de una espuma de polietileno llamada aerogel. Este material liviano, que se ve y se siente como un malvavisco, bloquea y refleja los rayos visibles de la luz solar para que no penetren a través de él. Pero es muy transparente a los rayos infrarrojos que transportan calor, lo que les permite pasar libremente hacia afuera.
El nuevo sistema está en el periódico. Avances científicos, por el estudiante graduado del MIT Arny Leroy, profesor de ingeniería mecánica y jefe del departamento Evelyn Wang, y otros siete en el MIT y en la Pontificia Universidad Católica de Chile.
Tal sistema podría usarse, por ejemplo, como una forma de mantener verduras y frutas, posiblemente duplicando el tiempo, el producto podría permanecer fresco, explica Leroy.
Minimizando la ganancia de calor
El enfriamiento radiativo es simplemente el proceso más importante. Emiten radiación infrarroja de rango medio, que transporta la energía térmica del objeto directamente al aire porque es altamente transparente a la luz infrarroja.
Wang y otros lo demostraron hace un año, que también utiliza un enfriamiento radiativo, pero empleó una barrera física, una estrecha franja de metal, para proteger el dispositivo de la luz solar directa y evitar que se caliente. Ese dispositivo funcionó, pero proporciona menos de la mitad de la cantidad de enfriamiento que logra el nuevo sistema debido a su capa aislante altamente eficiente.
"El gran problema era el aislamiento", explica Leroy. La mayor entrada de calor del mundo exterior. "¿Cómo se mantiene fría la superficie mientras se permite que irradie?", Se preguntó. El problema es que todos los materiales aislantes también son adecuados para bloquear la luz infrarroja e interferir con el efecto de enfriamiento radiativo.
Wang, quien es el Profesor Gail E. Kendall de Ingeniería Mecánica. Pero este es un tema diferente que ha recibido mucha menos atención: cómo minimizar la ganancia de calor. "Es un problema muy difícil", dice ella.
La solución llegó a través del desarrollo de un nuevo tipo de aerogel. Los aerogeles son materiales livianos que consisten principalmente en aislamiento de aire y calor, con una estructura hecha de formaciones de espuma microscópicas de algún material. La nueva idea del equipo fue hacer un aerogel de polietileno, el material utilizado en muchas bolsas de plástico. El resultado es un material suave, blando y blanco que es tan liviano que le ha dado un volumen que pesa solo 1/50 tanto como el agua.
La clave de su éxito es que si bien es más del 90 por ciento de la luz solar entrante, es muy transparente a la luz infrarroja, permitiendo que el 80 por ciento de los rayos de calor pasen libremente hacia afuera. "Estábamos muy emocionados cuando vimos este material", dice Leroy.
El resultado es que se puede enfriar dramáticamente a una placa, hecha de un material como metal o cerámica, colocada debajo de la capa aislante, que se conoce como un emisor. Se puede decir que es un recipiente fresco, es una buena idea proporcionarlo o enfriarlo.
Poniendo el dispositivo a prueba
Los colaboradores chilenos establecieron un dispositivo de prueba de concepto en el desierto de Atacama en Chile, partes de las cuales son la tierra más seca de la Tierra. Prácticamente no reciben lluvia, sin embargo, al estar justo en el ecuador, reciben una luz solar ardiente que podría ser una prueba real. El dispositivo logró un enfriamiento de 13 grados Celsius bajo la luz solar total al mediodía solar. Pruebas similares en el campus del MIT en Cambridge, Massachusetts, lograron un enfriamiento de menos de 10 grados.
Según los investigadores, eso es suficiente enfriamiento para marcar una diferencia significativa en la preservación de productos en ubicaciones remotas. Además, se puede usar para proporcionar una etapa de enfriamiento inicial para la refrigeración eléctrica, minimizando así la carga en esos sistemas para permitirles operar de manera más eficiente con menos potencia.
Teóricamente, dicho dispositivo podría alcanzar una temperatura más alta, dicen los investigadores, continúan trabajando en formas de optimizar aún más el sistema para que pueda expandirse a otras aplicaciones La necesidad de cualquier fuente de poder. El enfriamiento radiativo ya se ha integrado con algunos sistemas de aire acondicionado existentes para mejorar su eficiencia.
Sin embargo, ya han logrado una mayor cantidad de enfriamiento pasivo, que también es importante por el bien del medio ambiente.
Este enfoque también podría ser un complemento de bajo costo para cualquier otro tipo de sistema de enfriamiento, proporcionando enfriamiento adicional al sistema. "Cualquiera que sea el sistema que tenga", dice Leroy, "póngalo a prueba y obtendrá un rendimiento mucho mejor".
Peter Bermel, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue, dice: "El principal beneficio potencial del aerogel de polietileno se ha comparado con la compacidad y la simplicidad, en comparación con una serie de prioridades. experimentos ".
Agrega: "Puede ser útil comparar y contrastar cuantitativamente este método con algunas alternativas, como las películas de polietileno y el bloqueo selectivo de ángulos en términos de rendimiento (por ejemplo, cambio de temperatura), costo y peso por unidad de área. … La ventaja práctica podría haberse logrado y la relación costo / beneficio favoreció significativamente estos aerogeles ".
MIT International Science and Technology Initiative (MISTI) Subvención del Fondo Mundial de Chile, y por el Departamento de Energía de los Estados Unidos a través del Centro de Conversión de Energía Térmica Solar de Estado Sólido (S3TEC)
