Num edifício americano típico, aproximadamente 50% da energia utilizada é utilizada para aquecimento e arrefecimento. Isto não só custa muito dinheiro e combustíveis fósseis, como também coloca pressão sobre as infra-estruturas energéticas já envelhecidas, especialmente durante períodos de temperaturas extremas. Essa é a questão que os pesquisadores da UC Santa Bárbara Charlie Shaw, Elliott Hawkes e Liao Bolin esperam resolver.

Em artigo publicado na revista Device, eles descrevem uma telha adaptativa que, quando instalada em conjunto no telhado, pode reduzir as contas de aquecimento no inverno e de resfriamento no verão, sem a necessidade de eletrônicos.

“Ele pode alternar entre um estado de aquecimento e um estado de resfriamento com base na temperatura dos ladrilhos”, disse Xiao, principal autor do estudo. “A temperatura alvo é de cerca de 65 graus Fahrenheit – cerca de 18 graus Celsius.”

O termorregulador passivo de aproximadamente dez centímetros quadrados combina a experiência de Liao em ciência térmica e o trabalho de Hawkes em projeto mecânico – uma superfície móvel que altera suas propriedades térmicas em resposta a variações de temperatura. A ideia do projeto surgiu há vários anos, durante uma longa viagem entre Santa Bárbara e o norte da Califórnia.

Desenvolvimento e funcionalidade de blocos

“Nossos cônjuges estavam em Stanford na época, então viajamos juntos para ver o que poderíamos fazer juntos”, disse Liao, que, como Hawkes, é professor de engenharia mecânica na UC Berkeley. Posteriormente, eles receberam financiamento inicial do California NanoSystems Institute para projetar um dispositivo térmico mecanicamente ajustável.

Foi só quando Shaw teve a ideia de usar motores de cera que a ideia de ladrilhos adaptativos finalmente tomou forma. De acordo com a variação do volume da cera sob a ação da temperatura, o motor da cera gera pressão para movimentar as peças mecânicas e converter energia térmica em energia mecânica. Os motores de cera são comumente encontrados em uma variedade de aparelhos, como máquinas de lavar louça e máquinas de lavar, bem como em aplicações mais especializadas, como a indústria aeroespacial.

No caso dos ladrilhos, o motor da cera pode empurrar ou retrair o pistão dependendo do seu estado, fechando ou abrindo as venezianas da superfície do ladrilho. Assim, em temperaturas mais baixas, quando a cera está sólida, as persianas fecham e ladrilham, expondo uma superfície que absorve a luz solar e minimiza a perda de calor por radiação.

Vantagens e resultados de testes

Mas quando as temperaturas atingem cerca de 18 graus Celsius, a cera começa a derreter e a expandir-se, abrindo as persianas para revelar uma superfície que reflete a luz solar e irradia calor. Além disso, durante o processo de fusão ou congelamento, a cera absorve ou libera grandes quantidades de calor, estabilizando ainda mais a temperatura dos ladrilhos e da construção.

“Como resultado, temos um comportamento de comutação previsível que funciona dentro de uma faixa muito pequena”, explicou Xiao. De acordo com o artigo dos investigadores, os testes mostraram uma redução de 3,1 vezes no consumo de energia de refrigeração e uma redução de 2,6 vezes no consumo de energia de aquecimento em comparação com dispositivos sem comutação cobertos com revestimentos reflexivos ou absorventes tradicionais. Graças ao seu motor de cera, o dispositivo não requer componentes eletrônicos, baterias ou fonte de energia externa para funcionar e, ao contrário de outras tecnologias similares, sua velocidade de resposta está dentro de alguns graus da faixa alvo. Além disso, o design simples do dispositivo permite uma fácil personalização – diferentes revestimentos térmicos e vários tipos de cera podem ser usados ​​para permitir que o dispositivo opere dentro da faixa de temperatura desejada, ao mesmo tempo que facilita a fabricação em larga escala.

“Este dispositivo ainda é uma prova de conceito, mas esperamos que conduza a uma nova tecnologia que possa um dia ter um impacto positivo no consumo de energia de um edifício”, disse Hawkes.

Fonte compilada: ScitechDaily