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Usar calor para enfriar edificios
Pronto podría ser más práctico enfriar edificios utilizando calentadores de agua solares y el calor residual de los generadores. Eso se debe a los nuevos materiales porosos desarrollados por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. Estos materiales pueden mejorar un proceso llamado enfriamiento por adsorción, que se puede utilizar para refrigeración y aire acondicionado.
Paquete caliente : Una pantalla en una conferencia muestra un nuevo material (verde claro) empaquetado en una espuma metálica. El material se está utilizando para mejorar una tecnología que utiliza energía térmica para impulsar un proceso de enfriamiento.
Los enfriadores de adsorción son demasiado grandes y costosos para muchas aplicaciones, como el uso en el hogar. Peter McGrail , quien dirige el esfuerzo de investigación, predice que los materiales podrían permitir que los enfriadores de adsorción sean un 75 por ciento más pequeños y la mitad de costosos. Esto los haría competitivos con las enfriadoras convencionales accionadas por compresor.
Todos los refrigeradores y acondicionadores de aire se enfrían evaporando un refrigerante, un proceso que absorbe el calor. Se diferencian en cómo se condensa ese refrigerante para que pueda reutilizarse para enfriar. A diferencia de la tecnología dentro de la mayoría de los acondicionadores de aire, que emplea compresores accionados eléctricamente para comprimir mecánicamente el refrigerante vaporizado, los enfriadores de adsorción utilizan calor para condensar el refrigerante. Los enfriadores de adsorción suelen ser mucho menos eficientes que los enfriadores que usan compresores eléctricos, y son voluminosos y costosos. Pero tienen la ventaja de ser económicos de operar, ya que requieren muy poca electricidad. Si tiene calor residual, puede ejecutarlo de forma gratuita, dice McGrail.
Hasta ahora, estos enfriadores se han limitado a aplicaciones donde hay mucho calor residual, como instalaciones industriales y plantas de energía, o donde la electricidad no siempre está disponible. Reducir su tamaño y costo podría hacerlos atractivos en más aplicaciones, incluso en hogares, donde podrían funcionar con agua caliente de calentadores solares, dice McGrail.
La clave es mejorar el material adsorbente sólido. En un enfriador de adsorción, el refrigerante evaporado se adsorbe: se adhiere a la superficie de un sólido, como el gel de sílice. El gel de sílice puede contener una gran cantidad de agua en un espacio pequeño; esencialmente actúa como una esponja para el vapor de agua. Cuando el gel se calienta, libera las moléculas de agua en una cámara. A medida que aumenta la concentración de vapor de agua en la cámara, la presión aumenta hasta que el agua se condensa.
McGrail está reemplazando el gel de sílice con un material diseñado mediante la creación de estructuras nanoscópicas que se autoensamblan en formas tridimensionales complejas. El material es más poroso que el gel de sílice, lo que le da una superficie más grande para que se adhieran las moléculas de agua. Como resultado, puede atrapar de tres a cuatro veces más agua, por peso, que el gel de sílice, lo que ayuda a reducir el tamaño del enfriador.
El material también se une con menos fuerza a las moléculas de agua. Eso reduce la cantidad de calor necesaria para liberar las moléculas de agua, lo que hace que el proceso sea más eficiente, y acelera el proceso de adsorción y desorción de agua entre 50 y 100 veces, lo que ayuda a que el enfriador sea más pequeño. Los materiales también funcionan con refrigerantes distintos del agua, lo que amplía el rango de temperatura en el que es posible el enfriamiento.
Dado que los enfriadores de adsorción actuales pueden ser dos o tres veces más grandes que los enfriadores que usan compresores eléctricos, reducir el tamaño de los enfriadores de adsorción en un 75 por ciento podría hacerlos competitivos, dice Yunho Hwang , profesor del Centro de Ingeniería de Energía Ambiental de la Universidad de Maryland. Los enfriadores podrían ser particularmente útiles para enfriar con agua caliente de calentadores de agua solares, ya que los enfriadores de adsorción pueden usar la temperatura relativamente baja que producen tales calentadores, dice.
Un desafío para tales aplicaciones podría ser sincronizar la demanda de enfriamiento con la producción de calor; en algunos casos, puede ser necesario incluir un costoso sistema de almacenamiento de calor para hacer posible mantener el enfriador en funcionamiento después de la puesta del sol.
Los investigadores de PNNL han recibido $ 2.54 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Energía para demostrar el material en un sistema de enfriamiento. En virtud de la subvención, tienen tres años para optimizar el rendimiento del material e incorporarlo en un pequeño enfriador de demostración.