Aire Acondicionado

Enfriamiento radiativo

Necesidad, innovación y ciencia, unión capaz de crear un modelo que enfría, incluso cuando el Sol está en su máximo esplendor.

Necesidad, innovación y ciencia, unión capaz de crear un modelo que enfría, incluso cuando el Sol está en su máximo esplendor.

Sinaí Romo

Un equipo de la Universidad de Stanford creó un nuevo sistema de enfriamiento: un panel de refrigeración que puede funcionar incluso cuando el termómetro marca las temperaturas más altas. Según expertos, este nuevo panel podría aportar grandes beneficios a la climatización en edificios, automóviles, escuelas, casa habitación u oficinas.

Este sistema funciona aprovechando el frío extremo del espacio exterior para enfriar el planeta, y a su vez puede enviar radiación de la luz solar hacia el vacío del espacio.

Investigadores pioneros

Investigadores, pioneros en el desarrollo de nanotecnología para climatizar.  Fuente: Nano Letters

El panel de refrigeración logra una potencia de enfriamiento de más de 100 vatios por metro cuadrado. Con esta potencia de enfriamiento, al cubrir solamente el 10 por ciento del techo de una casa habitación con un panel, se podrá compensar 35 por ciento del consumo de energía del aire acondicionado que se gasta en las épocas más calurosas del año, por ejemplo, en el verano.

El nuevo sistema funciona a base de cuarzo y carburo de silicio, ambos con propiedades que los hacen poco absorbentes de la luz solar. Además de que combina un emisor térmico y un reflector solar en un sólo dispositivo, lo que genera mayor rendimiento. El autor principal de este nuevo desarrollo es Shanhui Fan, profesor de ingeniería Eléctrica de la Universidad Stanford.

“Generalmente la gente ve el espacio como una fuente de calor proveniente del Sol, pero donde no llega la luz solar, el espacio ultraterrestre es realmente un lugar frío, muy frío”, explica el profesor de ingeniería eléctrica y autor principal.

Este novedoso material no sólo es más eficiente, sino que conserva cualidades que lo hacen amigable con el medioambiente. “La nanoestructura refleja la inmensa mayoría de la luz del Sol, y al mismo tiempo envía el calor a la frialdad del espacio”. El autor explicó a Nano Letters que el sistema realiza exitosamente un doble proceso.

Primero, reflejar la mayor cantidad de luz solar; para luego, irradiar ese calor hacia el espacio, emitiendo una radiación térmica eficiente dentro de un rango de longitud de onda específica en la que la atmósfera es casi transparente.

Beneficio para las comunidades pobres
Además del posible desarrollo comercial, los investigadores creen que puede alcanzarse un impacto social con este sistema porque gran parte de la población humana vive alrededor de la línea ecuatorial, y la demanda eléctrica para accionar equipos de aire acondicionado es muy alta, al punto de haberse constituido ya como un desafío ambiental; porque, al ser regiones pobres, la energía  necesario en los equipos de refrigeración proviene de combustibles fósiles que agravan el efecto invernadero.

Potencia de enfriamiento
El nuevo dispositivo alcanza una potencia neta de enfriamiento superior a los 100 vatios por metro cuadrado. En comparación, los páneles solares estándar de hoy en día, con un 10 por ciento de eficiencia, generan aproximadamente la misma cantidad de energía. Eso significa que los páneles de enfriamiento radiativos, teóricamente, podrían sustituirse en los techos en los que los páneles solares alimentan con electricidad a sistemas de aire acondicionado para el enfriamiento de edificios.

El enfriamiento radiativo tiene otra ventaja profunda sobre las demás estrategias de climatización, como el aire acondicionado que, por tratarse de una tecnología pasiva, no necesita ningún tipo de energía. Además, no tiene ninguna pieza móvil y es de fácil manutención: simplemente se coloca sobre el techo o las paredes laterales de los edificios, y comienza a trabajar inmediatamente.

Primera capa

La primera capa refleja la luz del Sol para mantener la estructura fresca. La segunda, irradia el calor del edificio hacia el exterior en una longitud de onda de tal manera que las emisiones de GEI no quedan atrapadas en la atmósfera. Fuente: Nano Letters

Los retos

  • Reflejar tanta luz solar como sea posible. Los malos reflectores absorben demasiada luz solar, lo que hace que se calienten y se pierda el objetivo de enfriar
  • Que la estructura irradie el calor hacia el espacio de forma eficiente. Así, la estructura deberá emitir la radiación térmica dentro de un rango de longitud de onda específica, que para la atmósfera es casi transparente

Fuera de este rango, la atmósfera de la Tierra simplemente refleja la luz hacia abajo. La mayoría de la gente está familiarizada con este fenómeno, mejor conocido como efecto invernadero, que causa el cambio climático global.

La nueva estructura logra ambos objetivos. Es un espejo eficaz de banda ancha para la luz solar y emite la radiación térmica  de forma muy eficiente dentro de la gama de longitud de onda crucial, que es necesaria para que escape de la atmósfera terrestre.

El enfriamiento radiativo (durante la noche) se ha estudiado ampliamente como una estrategia de mitigación para el cambio climático, pero el pico de la demanda para la climatización se produce durante el día.  El equipo de Stanford ha tenido éxito donde otros han fracasado, al usar materiales fotónicos nanoestructurados. Estos materiales pueden diseñarse para mejorar o suprimir el reflejo de la luz en ciertas longitudes de onda.

Utilizando materiales producto de la ingeniería nanofótonica, el equipo logró suprimir la gran mayoría del calentamiento inducido por la luz solar, y también logró que irradie el calor de forma muy eficiente en el rango de frecuencias necesarias para escapar de la atmósfera de la Tierra.

El Proyecto de Energía y Cambio Climático, de Stanford, apoya nuevas investigaciones sobre células solares de película fina y otras tecnologías de energía limpia. Los hallazgos se publican en Nano Letters, revista especializada en ciencia.

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