Luz Divina
GF Ouro
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Material artificial reduz o uso de ar condicionado
Engenheiros de Stanford inventaram um material concebido para ajudar a refrigerar edifícios. O material reflete a luz solar que entra e envia o calor do interior da estrutura diretamente para o espaço como radiação infravermelha – representado por raios avermelhados. Crédito: Ilustração: Nicolle R. Fuller, Sayo-Art LLC
Calor e a radiação infravermelha
Luz invisível sob a forma de radiação infravermelha é uma das maneiras que todos os objetos e seres vivos liberam calor. Quando ficamos na frente de um forno fechado sem tocá-lo, o calor que sentimos é a luz infravermelha. Esta luz invisível é calor que a invenção de Stanford expulsa dos edifícios e envia para o espaço. É claro, o sol também aquece os edifícios. O novo material, além de lidar com a luz infravermelha, é também um espelho surpreendentemente eficiente que reflete praticamente toda a luz solar que o atinge. O resultado é o que a equipe de Stanford chama resfriamento radiativo fotônico, que alivia o calor infravermelho de dentro de um prédio e ao mesmo tempo, reflete a luz do sol. O resultado é edifícios mais frios que exigem menos ar condicionado. Os pesquisadores dizem ter projetado o material para ter um bom custo-benefício para ser implantado em construções de telhados de grande escala. Embora ainda seja uma tecnologia nova, eles acreditam que um dia ela pode reduzir a demanda por energia elétrica. Cerca de 15 por cento da energia utilizada nos edifícios nos Estados Unidos é gasto para alimentar sistemas de ar condicionado.
Na prática, os pesquisadores acreditam que o revestimento pode ser pulverizado em um material mais sólido para torná-lo adequado para suportar os elementos. “Esta equipe tem mostrado como passivamente esfriar estruturas simplesmente irradiando calor para a escuridão fria do espaço”, disse o físico ganhador do Prêmio Nobel Burton Richter, professor emérito da Universidade de Stanford e ex-diretor do centro de pesquisa chamado agora de SLAC National Accelerator Laboratory. Um mundo em aquecimento, necessita de tecnologias que não necessitam de potência de refrigeração, de acordo com Raman, principal autor do artigo da Nature. “Em todo o mundo em desenvolvimento, o resfriamento radiativo fotônico faz o arrefecimento uma possibilidade em regiões rurais, além de reduzir a disparada demanda por ar condicionado em áreas urbanas”, disse ele.
Usando uma janela para o espaço
A verdadeira revolução é a forma como o material de Stanford irradia calor dos edifícios. Como estudantes de ciência sabem, o calor pode ser transferido de três formas: condução, convecção e radiação. Transferências por condução se dão pelo toque. É por isso que você não toca em uma panela que acabou de sair do forno quente sem estar usando uma luva. Transferências por convecção se dão pelo movimento de fluidos ou ar. Como ar quente que sai quando o forno é aberto. Transferências por radiação se dão na forma de luz infravermelha que emana para fora de objetos. A primeira parte do revestimento irradia luz infravermelha de calor diretamente para o espaço. O revestimento ultrafino foi cuidadosamente construído para enviar esta luz infravermelha dos edifícios na frequência exata que lhe permite atravessar a atmosfera sem aquecer o ar, uma característica fundamental dado os perigos do aquecimento global. “Pense nisso como ter uma janela para o espaço”, disse Fan.
Visando o espelho
Mas a transmissão de calor para o espaço não é suficiente por si só. Este revestimento de múltiplas camadas, também atua como um espelho altamente eficiente, impedindo que 97% da luz solar de aquecer o edifício. “Nós criamos algo que é um radiador, mas que também passa a ser um excelente espelho”, disse Raman. Juntos, a radiação e a reflexão fazem o refrigerador de radiação fotônica aproximadamente 9°C Fahrenheit mais frio do que o ar circundante durante o dia. O material de multicamadas tem apenas 1,8 microns de espessura, mais fino do que a mais fina folha de alumínio.
É feito de sete camadas de dióxido de silício e óxido de háfnio em cima de uma fina camada de prata. Essas camadas não são de espessura uniforme, mas em vez disso são modificadas para criar um novo material. Sua estrutura interna é ajustada para irradiar raios infravermelhos com uma frequência que lhes permite passar para o espaço sem aquecer o ar perto do prédio. “Esta abordagem fotônica nos dá a capacidade de sintonizar finamente tanto a reflexão solar e radiação térmica infravermelha”, disse Zhu Linxiao, doutorando em Física Aplicada e um co-autor do estudo. “Pessoalmente, estou muito animado com os resultados”, disse Marin Soljacic, professor de física no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. “Este é um grande exemplo do poder da nanofotônica.”
A partir de protótipo para o painel de construção
Fazer arrefecimento radiativo fotônico ser aplicável na prática requer resolver, pelo menos, dois problemas técnicos. O primeiro é a forma de conduzir o calor no interior do edifício para este revestimento exterior. Uma vez que ele chega lá, o revestimento pode direcionar o calor para o espaço, mas os engenheiros devem primeiro descobrir como conduzir com eficiência o calor do edifício para o revestimento. O segundo problema é a produção. Atualmente o protótipo da equipe de Stanford é do tamanho de uma pizza individual. Refrigeração de edifícios exigirá grandes painéis. Os pesquisadores dizem que instalações de fabricação da grande-área podem fazer seus painéis nas escalas necessárias.
O frigorífico cósmico
Mais amplamente, a equipe vê este projeto como um primeiro passo para usar o frio do espaço como um recurso. Da mesma forma que a luz solar é uma fonte renovável de energia solar, o universo frio fornece uma extensão quase ilimitada para despejar calor. “Cada objeto que produz calor tem de despejar esse calor para um dissipador de calor”, disse Fan. “O que temos feito é criar uma forma que deverá permitir-nos de usar a frieza do universo como um dissipador de calor durante o dia.” Além de Fan, Raman e Zhu, este artigo tem dois co-autores adicionais: Marc Abou Anoma, estudante de mestrado em engenharia mecânica; e Eden Rephaeli, um estudante de doutorado em física aplicada. Esta pesquisa foi apoiada pela Agência de Pesquisa Avançada de Projetos-Energy (ARPA-E), do Departamento de Energia dos EUA. Referência
cienciaetecnologias