Un sistema circulatorio de microfluidos inspirado en la naturaleza puede reducir la temperatura de los grandes ventanales soleados, reduciendo el consumo de energía por enfriamiento sin reducir la entrada de luz. El sistema ha sido desarrollado desarrollado por investigadores del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (Ingeniería Biológicamente Inspirada) de la Universidad de Harvard.
El sistema circulatorio funciona como en algunos los seres vivos que contienen una extensa red de pequeños vasos sanguíneos en la superficie de la piel que se dilatan cuando están calientes permitiendo que circule más sangre, lo que promueve la transferencia de calor a través de la piel al aire circundante.
Del mismo modo, el nuevo sistema de refrigeración de ventanas contiene una extensa red de canales ultrafinos cerca de la «piel» de la ventana a través del cual se puede bombear agua. Los canales consisten en tubos largos y estrechos, que se moldean en una lámina delgada de silicona transparente que, cuando se estiran sobre el panel de vidrio crear canales sellados.
«El agua entra a una temperatura baja, y circula sobre la ventana caliente, y lleva a que la energía térmica se disipe», dijo Benjamin Hatton, Ph.D., autor principal del estudio. Hatton, que ahora es profesor asistente de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Toronto, fue miembro del Equipo de Tecnología Avanzada en el Instituto Wyss.
Los aislamientos y los métodos de construcción actuales consiguen que el calor no se escape por las paredes, pero la transferencia de calor a través de ventanas de vidrio sigue siendo uno de los principales obstáculos a los edificios energéticamente eficientes. En gran parte, esto es debido a que las moléculas en vidrio absorben la luz infrarroja del sol, y como consecuencia del calentamiento de la ventana se calienta el aire en el interior del edificio de manera significativa.
La idea de poder enfriar las ventanas cuando se calientan, surgió del trabajo de microfluidos de Don Ingber, MD, Ph.D., director fundador del Instituto Wyss, y su equipo de trabajo en microsistemas biomimética. Ingber es también el Judah Folkman, profesor de Biología Vascular de la Facultad de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston, y profesor de Bioingeniería en la Escuela de Harvard de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Los microfluídos circulan fluidos a través de pequeños canales ultradelgados, utilizados típicamente para construir pequeños dispositivos para la investigación de laboratorio y diagnóstico clínico. Por el contrario, el equipo de Ingber desarrolló un método innovador para construir dispositivos de microfluidos en gran escala para aplicaciones “organ-on-chip”. Primero se utiliza un cortador de vinilo – un dispositivo controlado por ordenador que corta los patrones intrincados en grandes hojas de vinilo – para crear un molde de plástico. Luego se vierte silicona líquida en el molde que se solidifica y al retirarlo se crea la fina lámina impregnada con largos y estrechos valles.
Cuando el equipo de microfluidos de Ingber se reunió con el equipo de materiales de adaptación de Aizenberg en las reuniones de plataforma cruzada, surgió la idea de que esta tecnología de microfluidos podría aplicarse a los materiales de construcción para controlar la transferencia de calor, al igual que el flujo de sangre capilar calienta los pies de pingüinos de la Antártida, ya que esperan su compañeros cerca del Polo Sur.
Hatton y el equipo del Instituto Wyss se crearon y probaron un cristal de microfluidos de diez centímetros cuadrados. Encontraron que cuando estos canales estaban llenos de agua, también eran transparentes para el ojo – que es justo lo que la gente quiere en una ventana, dijo Hatton.
A continuación, utiliza una lámpara de calor para calentar un panel con esta vasculatura a 100ºF – tan caliente como una ventana en un día soleado de verano. Uso de una cámara de infrarrojos especial, mostraron que el sistema circulatorio puede enfriar fácilmente el panel.
El Instituto Wyss equipo después trabajó con Matthew Hancock, un matemático en el Instituto Broad en Cambridge, Massachusetts, que ha desarrollado un modelo matemático que permite predecir cómo el funcionaría el sistema circulatorio en ventanas de tamaño normal. Se calcula que con sólo media lata de refresco de agua sería suficiente para enfriar 8ºC un cristal de la ventana de tamaño normal. La energía necesaria para bombear el agua sería mucho menor que la energía térmica del agua absorbida.
Proximamente, los investigadores piensan formar un equipo con investigadores de arquitectura para fusionar su modelo matemático con el software de modelado arquitectónico existente para calcular qué cantidad de energía se ahorraría si se instalan ventanas con microfluidos en un edificio entero.