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Ciencia

Científicos convierten calor residual en frío sin usar un motor eléctrico

Un equipo de investigadores de Alemania y Japón ha desarrollado un sistema elastocalórico capaz de aprovechar una fuente de calor para generar refrigeración. El prototipo utiliza películas ultrafinas de níquel y titanio con memoria de forma y, a diferencia de los sistemas convencionales, puede completar el ciclo sin necesidad de un motor eléctrico.
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Convertir el calor que normalmente desperdiciamos en una fuente de refrigeración parece contradictorio, pero un equipo internacional de investigadores ha demostrado que es posible hacerlo utilizando materiales con propiedades muy particulares.

Especialistas del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), en Alemania, y de la Universidad de Tsukuba, en Japón, han presentado un prototipo de refrigeración elastocalórica accionado directamente por calor. El sistema puede transformar energía térmica en movimiento mecánico y utilizar ese movimiento para producir un descenso de temperatura, sin recurrir a un motor eléctrico para impulsar el ciclo.

La tecnología abre la puerta a aprovechar en el futuro fuentes de calor residual que hoy simplemente se disipan en el ambiente, desde motores y procesos industriales hasta centros de datos.

Dos películas metálicas hacen todo el trabajo

El funcionamiento depende de dos películas ultrafinas fabricadas con una aleación de níquel y titanio, un material conocido por su memoria de forma.

La primera funciona como actuador. Cuando recibe suficiente calor, cambia de fase y se contrae rápidamente para recuperar una determinada geometría. De esta manera, parte de la energía térmica se transforma directamente en una fuerza mecánica.

Ese movimiento tira de una segunda película, que actúa como elemento refrigerante. Al deformarse y posteriormente liberar la tensión experimenta el denominado efecto elastocalórico, mediante el cual cambia su temperatura.

El principio cumple una función parecida a la que desarrolla un refrigerante dentro de un aire acondicionado convencional, pero con una diferencia importante: aquí no es necesario comprimir y expandir un gas. El efecto térmico se obtiene deformando un material sólido.

Al ser el propio calor el que activa mecánicamente el sistema, tampoco hace falta incorporar un motor eléctrico para realizar ese movimiento.

Una caída de temperatura de unos 13 ºC

Los primeros experimentos muestran el potencial de la tecnología.

Los investigadores consiguieron una reducción de aproximadamente 13 ºC en el material refrigerante utilizando una temperatura de entrada de unos 86 ºC en el actuador.

También probaron el dispositivo con una fuente externa situada en torno a los 130 ºC, obteniendo un comportamiento estable. Según los resultados publicados, el sistema alcanzó aproximadamente un 84% del rendimiento máximo de refrigeración previsto teóricamente para su configuración.

El prototipo todavía está lejos de convertirse en un aire acondicionado doméstico. Sin embargo, demuestra que el proceso puede funcionar sin depender de un motor eléctrico encargado de generar la fuerza mecánica necesaria.

El calor que hoy desperdiciamos podría convertirse en un recurso

Una de las posibilidades más interesantes está precisamente en el origen de la energía.

Motores de vehículos, fábricas, maquinaria o centros de datos generan enormes cantidades de calor que normalmente deben disiparse. En teoría, sistemas basados en este principio podrían utilizar una parte de esa energía residual para producir refrigeración.

Eso no significa que el calor de un coche vaya a enfriar directamente una vivienda mañana, pero sí plantea una nueva forma de pensar la eficiencia energética: utilizar una energía que ya existe para alimentar otro proceso útil.

Una alternativa a los refrigerantes tradicionales

La refrigeración elastocalórica forma parte de una familia de tecnologías de estado sólido que buscan reducir la dependencia de los sistemas convencionales de compresión de vapor.

Estos últimos consumen grandes cantidades de electricidad y pueden utilizar gases refrigerantes con un elevado impacto climático si escapan a la atmósfera.

Por eso, conseguir materiales capaces de producir frío mediante deformaciones mecánicas resulta especialmente atractivo. El nuevo prototipo demuestra además que esas deformaciones pueden generarse aprovechando directamente una fuente térmica.

Todavía quedan desafíos relacionados con la escala, la durabilidad de los materiales y la cantidad de frío que puede producirse. Pero el concepto introduce una posibilidad especialmente interesante: que parte del calor que hoy consideramos un desperdicio termine convirtiéndose en la energía necesaria para mantener algo frío.

Fuente: Xataka.

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