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(noticias nanowerk) Aproximadamente la mitad del consumo de energía promedio de un edificio estadounidense se utiliza para calefacción y refrigeración. Eso significa gastar mucho dinero, quemar combustibles fósiles y ejercer presión sobre una infraestructura energética envejecida durante épocas de temperaturas extremas.
También es un problema que los investigadores de UC Santa Bárbara, Charlie Xiao, Elliot Hawkes y Bolin Liao, quieren resolver. En un artículo de la revista Dispositivo (“Interruptor radiante adaptativo pasivo para la termorregulación en edificios”), el trío presenta una teja adaptativa que, cuando se implementa en matrices en los techos, puede reducir los costos de calefacción en invierno y los costos de refrigeración en verano sin necesidad de dispositivos electrónicos.
«Dependiendo de la temperatura de la baldosa, cambia entre un estado de calentamiento y un estado de enfriamiento», dijo Xiao, el autor principal del estudio. «La temperatura objetivo es de unos 65°F – unos 18°C».
Este dispositivo termorregulador pasivo, que mide aproximadamente 10 cm cuadrados, es una combinación de la experiencia de Liao en ciencia térmica y el trabajo de Hawkes en el diseño de mecanismos: una superficie móvil que puede cambiar sus propiedades térmicas en respuesta a un rango de temperaturas. La idea de este proyecto se les ocurrió hace varios años durante largos viajes entre Santa Bárbara y el norte de California.
«Nuestros dos cónyuges estaban en Stanford en ese momento, así que hicimos viajes y nos preguntamos qué podríamos hacer juntos», dijo Liao, quien, como Hawkes, es profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica de UCSB. Luego recibieron financiación inicial del Instituto NanoSystems de California en el campus para desarrollar dispositivos térmicos sintonizables mecánicamente.
Fue sólo a través de la idea de Xiao de utilizar un motor de cera que la idea de las tejas adaptables tomó su forma final. En función del cambio de volumen de la cera en respuesta a las temperaturas a las que está expuesta, un motor de cera crea una presión que mueve las piezas mecánicas, convirtiendo la energía térmica en energía mecánica. Los motores de cera se encuentran habitualmente en diversos electrodomésticos, como lavavajillas y lavadoras, pero también en aplicaciones más especializadas, como la industria aeroespacial.
Con la baldosa, dependiendo del estado, el motor de encerado puede empujar o retraer pistones que cierran o abren las lamas de la superficie de la baldosa. En temperaturas más frías, mientras la cera está sólida, las láminas se cierran y quedan planas, exponiendo una superficie que absorbe la luz solar y minimiza la liberación de calor a través de la radiación.
Pero una vez que las temperaturas alcanzan alrededor de 18°C, la cera comienza a derretirse y expandirse, abriendo las láminas y dejando al descubierto una superficie que refleja la luz del sol y libera calor.
Además, la cera también absorbe o libera una gran cantidad de calor durante el proceso de fusión o congelación, estabilizando aún más la temperatura de la loseta y del edificio.
«Así que tenemos un comportamiento de conmutación muy predecible que funciona dentro de una banda muy estrecha», explicó Xiao. Según el artículo de los investigadores, las pruebas han demostrado una reducción del consumo de energía para refrigeración de 3,1 veces y de calefacción de 2,6 veces en comparación con los dispositivos sin conmutación con revestimientos reflectantes o absorbentes tradicionales. Gracias al motor de cera, no se requieren componentes electrónicos, baterías ni fuentes de energía externas para operar el dispositivo y, a diferencia de otras tecnologías similares, responde dentro de unos pocos grados de su rango objetivo. Además, la simplicidad del diseño se presta a la personalización: se pueden usar varios recubrimientos térmicos y diferentes tipos de cera para permitir que el dispositivo funcione en los rangos de temperatura deseados y al mismo tiempo sea adecuado para la producción en masa.
«El dispositivo es todavía una prueba de concepto, pero esperamos que conduzca a nuevas tecnologías que algún día puedan tener un impacto positivo en el uso de energía en los edificios», dijo Hawkes.
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