En un edificio típico americano, aproximadamente el 50% de la energía utilizada se utiliza para calefacción y refrigeración. Esto no sólo cuesta mucho dinero y combustibles fósiles, sino que también ejerce presión sobre una infraestructura energética ya envejecida, especialmente durante períodos de temperaturas extremas. Ésa es la pregunta que los investigadores Charlie Shaw, Elliott Hawkes y Liao Bolin de UC Santa Bárbara esperan resolver.

En un artículo publicado en la revista Device, describen una teja adaptable que, cuando se instala en una matriz en un techo, puede reducir las facturas de calefacción en invierno y de refrigeración en verano sin necesidad de dispositivos electrónicos.

"Puede cambiar entre un estado de calentamiento y un estado de enfriamiento según la temperatura de las baldosas", dijo Xiao, autor principal del estudio. "La temperatura objetivo es de unos 65 grados Fahrenheit, unos 18 grados Celsius".

El termorregulador pasivo de aproximadamente cuatro pulgadas cuadradas combina la experiencia de Liao en ciencia térmica y el trabajo de Hawkes en diseño mecánico: una superficie móvil que cambia sus propiedades térmicas en respuesta a temperaturas variables. La idea del proyecto se les ocurrió hace varios años durante un largo viaje entre Santa Bárbara y el norte de California.

Desarrollo y funcionalidad de mosaicos.

"Nuestros cónyuges estaban en Stanford en ese momento, así que viajamos juntos para ver qué podríamos hacer juntos", dijo Liao, quien, como Hawkes, es profesor de ingeniería mecánica en UC Berkeley. Posteriormente recibieron financiación inicial del Instituto NanoSystems de California para diseñar un dispositivo térmico sintonizable mecánicamente.

No fue hasta que a Shaw se le ocurrió la idea de utilizar motores de cera que finalmente tomó forma la idea de las baldosas adaptables. Según el cambio en el volumen de la cera bajo la acción de la temperatura, el motor de cera genera presión para mover las piezas mecánicas y convertir la energía térmica en energía mecánica. Los motores de cera se encuentran comúnmente en una variedad de electrodomésticos como lavavajillas y lavadoras, así como en aplicaciones más especializadas como la industria aeroespacial.

En el caso de baldosas, el motor de encerado puede empujar o retraer el pistón según su estado, cerrando o abriendo las contraventanas de la superficie de la baldosa. Entonces, a temperaturas más frías, cuando la cera está sólida, las persianas se cierran y se colocan las baldosas, dejando al descubierto una superficie que absorbe la luz solar y minimiza la pérdida de calor a través de la radiación.

Ventajas y resultados de las pruebas.

Pero una vez que las temperaturas alcanzan alrededor de 18 grados Celsius, la cera comienza a derretirse y expandirse, abriendo las persianas para revelar una superficie que refleja la luz del sol e irradia calor. Además, durante el proceso de fusión o congelación, la cera absorbe o libera grandes cantidades de calor, estabilizando aún más la temperatura de las baldosas y del edificio.

"Como resultado, tenemos un comportamiento de conmutación predecible que funciona dentro de un rango muy pequeño", explicó Xiao. Según el artículo de los investigadores, las pruebas mostraron una reducción de 3,1 veces en el consumo de energía de refrigeración y una reducción de 2,6 veces en el consumo de energía de calefacción en comparación con los dispositivos sin conmutación cubiertos con revestimientos reflectantes o absorbentes tradicionales. Gracias a su motor de cera, el dispositivo no requiere componentes electrónicos, baterías ni fuente de alimentación externa para funcionar y, a diferencia de otras tecnologías similares, su velocidad de respuesta está dentro de unos pocos grados del rango objetivo. Además, el diseño simple del dispositivo permite una fácil personalización: se pueden usar diferentes recubrimientos térmicos y varios tipos de cera para permitir que el dispositivo funcione dentro del rango de temperatura deseado, al mismo tiempo que se facilita la fabricación a gran escala.

"Este dispositivo es todavía una prueba de concepto, pero esperamos que conduzca a una nueva tecnología que algún día pueda tener un impacto positivo en el consumo de energía de un edificio", dijo Hawkes.

Fuente compilada: ScitechDaily