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Não só as pessoas precisam de se refrescar, especialmente num verão de ondas de calor recordes.Muitas máquinas, incluindo telemóveis, centros de dados, carros e aviões, tornam-se menos eficientes e degradam-se mais rapidamente em calor extremo.As máquinas também geram seu próprio calor, o que pode tornar as temperaturas ao seu redor ainda mais altas.
Nós somos pesquisadores de engenharia quem estuda como as máquinas gerenciam o calor e maneiras de recuperar e reutilizar efetivamente o calor que de outra forma seria desperdiçado.Existem várias maneiras pelas quais o calor extremo afeta as máquinas.
Nenhuma máquina é perfeitamente eficiente – todas as máquinas enfrentam algum atrito interno durante a operação.Esse atrito faz com que as máquinas dissipem parte do calor; portanto, quanto mais quente estiver lá fora, mais quente ficará a máquina.
Celulares e dispositivos semelhantes com baterias de íon de lítio pare de funcionar também ao operar em climas acima de 95 graus Farenheit (35 graus Celsius) – isso evita superaquecimento e maior estresse nos componentes eletrônicos.
Projetos de resfriamento que utilizam tecnologias inovadoras fluidos de mudança de fase pode ajudar a manter as máquinas resfriadas, mas na maioria dos casos o calor ainda é dissipado no ar.Portanto, quanto mais quente o ar, mais difícil é manter uma máquina suficientemente fria para funcionar de forma eficiente.
Além disso, quanto mais próximas as máquinas estiverem, mais calor dissipado haverá na área circundante.
Materiais deformantes
Temperaturas mais altas, seja devido ao clima ou ao excesso de calor irradiado das máquinas, podem causar a deformação dos materiais nas máquinas.Para entender isso, considere o que significa temperatura no nível molecular.
No a escala molecular, a temperatura é uma medida de quanto as moléculas estão vibrando.Portanto, quanto mais quente está, mais vibram as moléculas que compõem tudo, desde o ar até o solo e os materiais nas máquinas.
À medida que a temperatura aumenta e as moléculas vibram mais, o espaço médio entre elas aumenta, fazendo com que a maioria dos materiais se expanda à medida que aquecem.As estradas são um lugar para ver isso – o concreto quente se expande, fica contraído e eventualmente racha.Este fenômeno também pode acontecer com máquinas, e as tensões térmicas são apenas o começo do problema.
Atrasos em viagens e riscos de segurança
As altas temperaturas também podem alterar o comportamento dos óleos do motor do seu carro, levando a possíveis falhas no motor.Por exemplo, se uma onda de calor o tornar 30 graus F (16,7 graus C) mais quente do que o normal, a viscosidade – ou espessura – dos óleos típicos de motores de automóveis pode mudar. por um fator de três.
Fluidos como óleos de motor tornam-se mais finos à medida que aquecem; portanto, se ficar muito quente, o óleo pode não ser espesso o suficiente para lubrificar adequadamente e proteger as peças do motor contra maior desgaste.
Além disso, um dia quente fará com que o ar dentro dos pneus se expanda e aumente a pressão dos pneus, o que pode aumenta o desgaste e o risco de derrapagem.
Os aviões também não são projetados para decolar em temperaturas extremas.À medida que fica mais quente lá fora, o ar começa a se expandir e a ocupar mais espaço do que antes, tornando-o mais fino ou menos denso.Esse redução na densidade do ar diminui a quantidade de peso que o avião pode suportar durante o vôo, o que pode causar danos significativos atrasos nas viagens ou cancelamentos de voos.
Degradação da bateria
Em geral, a electrónica contida em dispositivos como telemóveis, computadores pessoais e centros de dados consiste em muitos tipos de materiais que respondem de forma diferente às mudanças de temperatura.Esses materiais estão todos localizados próximos uns dos outros em espaços apertados.Assim, à medida que a temperatura aumenta, diferentes tipos de materiais deformam-se de forma diferente, levando potencialmente a desgaste prematuro e falha.
As baterias de íon de lítio em carros e eletrônicos em geral degradam-se mais rapidamente em temperaturas operacionais mais altas.Isso ocorre porque temperaturas mais altas aumentar a taxa de reações dentro da bateria, incluindo reações de corrosão que esgotam o lítio da bateria.Este processo desgasta sua capacidade de armazenamento.Pesquisas recentes mostram que os veículos elétricos pode perder cerca de 20% do seu alcance quando exposto a um clima sustentado de 90 graus Farenheit.
Centros de dados, que são edifícios cheios de servidores que armazenam dados, dissipam quantidades significativas de calor para manter seus componentes resfriados.Em dias muito quentes, os ventiladores devem trabalhar mais para garantir que os chips não superaqueçam.Em alguns casos, ventiladores potentes não são suficientes para resfriar os componentes eletrônicos.
Para manter os centros frescos, o ar seco que entra de fora geralmente é enviado primeiro através de uma almofada úmida.A água da almofada evapora no ar e absorve o calor, que esfria o ar.Esta técnica, chamada de resfriamento evaporativo, geralmente é uma maneira econômica e eficaz para manter os chips a uma temperatura operacional razoável.
No entanto, o resfriamento evaporativo pode exigir um quantidade significativa de água.Esta questão é problemática em regiões onde a água é escassa.Água para resfriamento pode ser adicionada ao já intensa pegada de recursos associados a data centers.
Ar condicionado em dificuldades
Os aparelhos de ar condicionado têm dificuldade em funcionar eficazmente à medida que fica mais quente lá fora – justamente quando são mais necessários.Em dias quentes, os compressores do ar condicionado têm que trabalhar mais para enviar o calor das casas fora, o que por sua vez aumenta desproporcionalmente o consumo de eletricidade e demanda geral de eletricidade.
Por exemplo, no Texas, cada aumento de 1,8 graus F (1 grau C) cria um aumento de cerca de 4% na demanda de eletricidade.
O calor leva a um aumento surpreendente de 50% na procura de electricidade durante o Verão nos países mais quentes, representando sérias ameaças de escassez de eletricidade ou apagões, juntamente com maiores emissões de gases com efeito de estufa.
Como prevenir danos causados pelo calor
As ondas de calor e o aumento das temperaturas em todo o mundo representam problemas significativos a curto e a longo prazo, tanto para as pessoas como para as máquinas.Felizmente, existem coisas que você pode fazer para minimizar os danos.
Primeiro, certifique-se de que suas máquinas sejam mantidas em um local com ar condicionado, espaço bem isolado ou fora da luz solar direta.
Em segundo lugar, considere utilizar dispositivos de alta energia, como ar condicionado, ou carregar o seu veículo eléctrico fora dos horários de pico, quando menos pessoas utilizam electricidade.Isso pode ajudar a evitar escassez de eletricidade local.
Reutilizando calor
Cientistas e engenheiros estão desenvolvendo formas de utilizar e reciclar as grandes quantidades de calor dissipadas pelas máquinas.Um exemplo simples é usar o calor residual dos data centers para aquecer água.
O calor residual também pode acionar outros tipos de sistemas de ar condicionado, como refrigeradores de absorção, que pode realmente usar calor como energia para sustentar resfriadores por meio de uma série de processos químicos e de transferência de calor.
Em ambos os casos, a energia necessária para aquecer ou resfriar algo vem do calor que de outra forma seria desperdiçado.Na verdade, o calor residual das centrais eléctricas poderia, hipoteticamente, sustentar 27% da necessidades de ar condicionado residencial, o que reduziria o consumo global de energia e as emissões de carbono.
O calor extremo pode afetar todos os aspectos da vida moderna e as ondas de calor não irão desaparecer nos próximos anos.No entanto, existem oportunidades para aproveitar o calor extremo e fazê-lo funcionar para nós.