Científicos desarrollan una nueva forma de proporcionar refrigeración
Investigadores del MIT han ideado una nueva forma de proporcionar enfriamiento en un día caluroso y soleado, utilizando materiales de bajo costo y que no requieren energía generada por combustibles fósiles.
El sistema pasivo, que se podría usar para complementar otros sistemas de enfriamiento para conservar alimentos y medicamentos en lugares calientes y aislados, es esencialmente una versión de alta tecnología de un parasol.
El sistema permite la emisión de calor en el rango de luz infrarrojo medio que puede pasar directamente a través de la atmósfera e irradiarse hacia el frío del espacio exterior, perforando a través de los gases que actúan como un invernadero. Para evitar el calentamiento a la luz solar directa, una pequeña tira de metal suspendida sobre el dispositivo bloquea los rayos directos del sol.
El nuevo sistema se describe en la revista Nature Communications en un artículo del científico investigador Bikram Bhatia, el estudiante graduado Arny Leroy, el profesor de ingeniería mecánica y jefe del departamento Evelyn Wang, el profesor de física Marin Soljačic y otros seis en el MIT.
En teoría, el sistema que diseñaron podría proporcionar un enfriamiento de hasta 20 grados centígrados (36 grados Fahrenheit) por debajo de la temperatura ambiente en un lugar como Boston, según los investigadores. Hasta ahora, en sus pruebas iniciales de prueba de concepto, han logrado un enfriamiento de 6 C (aproximadamente 11 F). Para aplicaciones que requieren aún más enfriamiento, el resto podría lograrse a través de sistemas de refrigeración convencionales o enfriamiento termoeléctrico.
Otros grupos han intentado diseñar sistemas de enfriamiento pasivo que irradian calor en forma de longitudes de onda de infrarrojo medio de la luz, pero estos sistemas se han basado en dispositivos fotónicos de ingeniería compleja que pueden ser costosos de fabricar y no están disponibles para el uso generalizado., dicen los investigadores. Los dispositivos son complejos debido a que están diseñados para reflejar todas las longitudes de onda de la luz solar casi perfectamente, y sólo para emitir radiación en el rango infrarrojo medio, en su mayor parte. Esa combinación de reflectividad selectiva y emisividad requiere un material multicapa donde los espesores de las capas se controlan con precisión nanométrica.
Pero resulta que se puede lograr una selectividad similar simplemente bloqueando la luz solar directa con una franja angosta colocada en el ángulo correcto para cubrir la trayectoria del sol a través del cielo, que no requiere un seguimiento activo por parte del dispositivo. Luego, un dispositivo simple construido a partir de una combinación de película de plástico de bajo costo, aluminio pulido, pintura blanca y aislamiento puede permitir la emisión necesaria de calor a través de la radiación del infrarrojo medio, que es la forma en que los objetos más naturales se enfrían, mientras se evita que el dispositivo sea calentado por la luz solar directa. De hecho, los sistemas de refrigeración por radiación simples se han utilizado desde la antigüedad para lograr la refrigeración nocturna; el problema era que tales sistemas no funcionaban durante el día porque el efecto de calentamiento de la luz solar era al menos 10 veces más fuerte que el efecto de enfriamiento máximo alcanzable.
Pero los rayos de calor del sol viajan en línea recta y se bloquean fácilmente, como experimentamos, por ejemplo, al entrar en la sombra de un árbol en un día caluroso. Al sombrear el dispositivo esencialmente poniendo un paraguas sobre él, y complementándolo con un aislamiento alrededor del dispositivo para protegerlo de la temperatura del aire ambiente, los investigadores hicieron que el enfriamiento pasivo sea más viable.
Un factor limitante para el sistema es la humedad en la atmósfera, dice Leroy, que puede bloquear parte de la emisión de infrarrojos a través del aire. En un lugar como Boston, cerca del océano y relativamente húmedo, esto limita la cantidad total de enfriamiento que se puede lograr, limitándolo a unos 20 grados centígrados. Pero en entornos más secos, como el suroeste de EE.UU. o en muchos entornos desérticos o áridos de todo el mundo, el enfriamiento máximo alcanzable podría ser mucho mayor, señala, potencialmente tanto como 40 C (72 F).
Si bien la mayoría de las investigaciones sobre el enfriamiento radiativo se han centrado en sistemas más grandes que podrían aplicarse al enfriamiento de habitaciones o edificios enteros, este enfoque es más localizado, dice Wang: "Esto sería útil para aplicaciones de refrigeración, como el almacenamiento de alimentos o vacunas". La protección de las vacunas y otros medicamentos contra el deterioro en condiciones tropicales cálidas ha sido un gran desafío continuo que esta tecnología podría estar bien posicionada para enfrentar.