Termostato passivo mantém temperatura sem gastar energia

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/08/2016

Mesmo variando a temperatura das extremidades em mais de 50º C, a zona central manteve-se a uma temperatura virtualmente constante. [Imagem: Xiangying Shen et al. - 10.1103/PhysRevLett.117.055501]

Termostato sem energia

Embora já existam camuflagens termais, que tornam áreas imunes ao calor - elas ficam "invisíveis" ao calor -, pesquisadores chineses conseguiram feito semelhante de uma maneira mais simples e usando materiais comuns.

Xiangying Shen e seus colegas da Universidade Fudan construíram o que eles chamam de um termostato que não consome energia, capaz de manter constante a temperatura de uma região que está em contato direto com outras regiões quentes e frias - termostato é um dispositivo que tenta manter constante a temperatura de um sistema.

Manter temperaturas estáveis é importante nos processadores de computador, nos satélites artificiais - que têm enorme variação de temperatura na área virada para o Sol - e nas residências, prédios e indústrias. Existem soluções para todos esses problemas, mas todos consomem energia ou requerem grandes e pesados sistemas de isolamento térmico.

Termostato passivo

O termostato sem energia explora o fato de que a condutividade térmica de um material - uma medida da facilidade com que o calor flui através dele - pode variar com sua temperatura.

Assim, para manter estável a temperatura - que podemos chamar de T - de uma área, o material da área fria adjacente precisa ser escolhido de tal forma que ele conduza bem o calor a temperaturas acima de T. Inversamente, o material da área quente adjacente precisa ser escolhido de tal forma que ele conduza bem o calor a temperaturas abaixo de T.

Já existem também camuflagens que tornam o calor e a eletricidade "invisíveis". [Imagem: National University of Singapore]

Poder-se-ia imaginar que, conforme o lado quente torna-se mais quente, a região central também se aqueceria. Ao contrário, a condutividade do fluxo termal cai, o que tem o efeito de aumentar a diferença de temperatura entre a extremidade quente e a zona central. Tal como acontece com fios elétricos ou com canos de água, quando a resistência ao fluxo através de um canal aumenta, a diferença de tensão ou pressão através do canal também aumenta - assumindo que a taxa de fluxo é fixa.

Para o fluxo de calor, a analogia implica um aumento da diferença de temperatura que, neste caso, é exatamente o suficiente para manter a zona central à temperatura T.

Compósito termal

O protótipo foi feito com uma estrutura que mistura duas camadas de fitas trançadas de dois materiais diferentes. Uma das camadas, fraca condutora de calor, é fixa; a outra, boa condutora de calor, fica livre para curvar-se para cima quando a temperatura sobe, quebrando o canal de condução e deixando apenas a camada termicamente isolante.

No experimento, as extremidades do dispositivo variaram de 35º C a 80º C, enquanto a temperatura da zona central variou apenas 1º C.

A equipe afirma que espera encontrar usos comerciais para seu dispositivo o mais rapidamente possível, sobretudo na redução da necessidade do uso de aparelhos de ar-condicionado em casas e edifícios.

Bibliografia:

Temperature Trapping: Energy-Free Maintenance of Constant Temperatures as Ambient Temperature Gradients Change
Xiangying Shen, Ying Li, Chaoran Jiang, Jiping Huang
Physical Review Letters
Vol.: 117, 055501
DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.055501