El enfriamiento radiativo es un proceso natural por el que un objeto o superficie pierde calor emitiendo radiación infrarroja hacia el espacio exterior. Este fenómeno ocurre porque todos los cuerpos emiten energía en forma de radiación térmica. Cuando una superficie emite más energía de la que absorbe de su entorno, se enfría. En particular, durante la noche, una superficie que esté orientada hacia el cielo puede radiar calor hacia el espacio, que tiene una temperatura extremadamente baja (alrededor de 3 K o –270 °C), lo que provoca que la superficie se enfríe.
El enfriamiento radiativo es más efectivo bajo ciertas condiciones:
- Cielos despejados. Para que el calor escape hacia el espacio, la radiación infrarroja no debe ser absorbida por las nubes.
- Baja humedad. El vapor de agua en la atmósfera absorbe la radiación infrarroja, por lo que un ambiente seco es más propicio para el enfriamiento radiativo.
- Superficies adecuadas. Materiales que emiten eficientemente en el rango de longitudes de onda del infrarrojo (8-13 µm) son más eficaces para el enfriamiento radiativo.
Aplicaciones en sistemas de refrigeración
El enfriamiento radiativo se ha empezado a aprovechar en sistemas de refrigeración para reducir la temperatura de edificios, dispositivos electrónicos o incluso para almacenar alimentos sin necesidad de consumir energía eléctrica. Es una técnica prometedora para mejorar la eficiencia energética en sistemas de refrigeración, haciendo uso de un proceso natural para reducir las temperaturas sin necesidad de energía eléctrica.
Se están desarrollando materiales que se aplican en techos o paredes de edificios para emitir radiación infrarroja hacia el espacio. Estos materiales pueden enfriar los edificios, reduciendo la necesidad de aire frío. Un ejemplo son los techos blancos o recubrimientos de pintura especial que reflejan la luz solar durante el día y emiten radiación infrarroja durante la noche.
Los paneles de enfriamiento radiativo son dispositivos que están diseñados para maximizar la pérdida de calor a través de la radiación. Se pueden utilizar para refrigerar agua o para complementar sistemas de aire acondicionado, reduciendo el consumo de energía.
En áreas rurales o en situaciones donde el acceso a electricidad es limitado, se han diseñado sistemas que aprovechan el enfriamiento radiativo para mantener fríos los alimentos o medicamentos. Estos sistemas no requieren energía externa y pueden ser muy útiles en climas áridos.
El enfriamiento radiativo puede combinarse con otros métodos de refrigeración, como sistemas de refrigeración por evaporación, para mejorar la eficiencia energética y reducir costos.
Pros y contras
El procedimiento reduce la dependencia de sistemas de refrigeración activos que consumen electricidad. Puede ser particularmente útil en zonas áridas y desérticas, donde la radiación infrarroja puede escapar al espacio sin ser absorbida por la atmósfera.
El proceso es menos efectivo en lugares con alta humedad o cielos nublados. Es necesario desarrollar materiales específicos que maximicen la emisión en el rango de longitud de onda adecuado.
Nuevo material que irradia muy eficientemente
Investigadores coreanos desarrollaron un material de cristal líquido de enfriamiento por radiación que además de enfriar puede emitir colores. El trabajo se publicó en la revista Chemical Engineering Journal .
Los materiales de refrigeración radiactiva para uso diurno se tiñen de blanco para reducir la absorción de la luz solar. Esto proporciona un excelente rendimiento de refrigeración, pero tiene la desventaja de que no se puede utilizar en edificios o vehículos que requieren exhibir colores por cuestiones de estética.
Los materiales de enfriamiento radiativo coloreados conocidos anteriormente utilizan la absorción de la luz para producir color, lo que da como resultado una reducción de temperatura baja. Los materiales coloreados alternativos en forma de cristales fotónicos que utilizan la reflexión de la luz tenían un excelente rendimiento de enfriamiento, pero estaban limitados a la hora de lograr colores distintivos.
El equipo resolvió este problema fabricando cristales fotónicos líquidos en espiral doblados. El cristal líquido comercial (LC242) utilizado en este estudio no solo es un material que reduce su temperatura mediante enfriamiento por radiación, sino que también forma cristales fotónicos coloreados a través de su estructura periódica cuando se alinea en espiral utilizando un inductor.
El material podría usarse para reducir el consumo de aire frío en el exterior de edificios y vehículos donde la estética es una consideración.
