Nueva tecnología reutiliza eficientemente el calor residual de computadoras y automóviles

La energía de calor residual por debajo de 100ºC se llama calor residual de baja calidad. /Pixnio

Cerca del 70% de la energía producida en los Estados Unidos cada año se desperdicia en forma de calor. Gran parte de esta energía perdida tiene una temperatura inferior a 100ºC y emana de útiles como computadoras, automóviles o grandes procesos industriales. Ahora, ingenieros de la Universidad de California, Berkeley (EE..UU.) se han propuesto aprovechar este calor y han desarrollado un sistema de reutilización con niveles sin precedentes de eficiencia y potencia.

La energía de calor residual por debajo de 100ºC se llama calor residual de baja calidad. El nuevo estudio, publicado en Nature Materials, utiliza tecnología nanoscópica de película delgada, en un proceso llamado conversión de energía piroeléctrica, que ha demostrado ser muy adecuado para aprovechar estos suministros. Funciona utilizando ciclos termodinámicos, algo así como el funcionamiento del motor de un automóvil, con la diferencia de que la conversión de energía piroeléctrica se puede realizar completamente en estado sólido sin partes móviles, convirtiendo el calor residual en electricidad.

Los nuevos resultados sugieren que esta tecnología podría ser particularmente atractiva para la instalación y la recolección del calor residual de la electrónica de alta velocidad, pero podría tener un amplio espectro de aplicaciones. El equipo sintetizó versiones de película fina de materiales de solo 50-100 nanómetros de espesor y probó las estructuras de dispositivos piroeléctricos basadas en estas películas. Estas estructuras permiten a los ingenieros medir simultáneamente la temperatura y las corrientes eléctricas creadas, y el calor de la fuente para probar las capacidades de generación de energía del dispositivo, todo en una película de menos de 100 nanómetros de grosor.

Ilustración del dispositivo de película delgada que muestra cómo el sistema convierte el calor residual en energía. /Shishir Pandya/Universidad de California, Berkeley

El estudio informa que la película delgada puede convertir el calor residual en energía utilizable con mayor densidad de energía, densidad de potencia y niveles de eficiencia: 1.06 Joules por cm3 de energía de conversión de energía piroeléctrica; 526 vatios por cm3 de densidad de potencia; y 19% de la eficiencia de Carnot, que es la unidad de medida estándar para la eficiencia de un calor motor. Los próximos pasos en esta línea de investigación, afirman, serán optimizar los materiales de película delgada a las temperaturas y flujos de calor residuales específicos.

La capacidad de generar electricidad aplicando de presión, conocida como piezoelectricidad directa, es una propiedad de materiales como el cuarzo, capaces de convertir la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa.  Las aplicaciones de estos materiales van desde resonadores y vibradores en teléfonos móviles, o sónares ubicados en las profundidades del océano hasta la realización de imágenes de ultrasonido. Desde hace tiempo también se sabe que el hueso, el tendón y la madera poseen piezoelectricidad. En octubre del año pasado, investigadores del Instituto Bernal de la Universidad de Limerick (Irlanda) descubrieron que la aplicación de presión a una proteína, que se encuentra en las claras de huevo y las lágrimas, puede generar electricidad. Los autores del estudio, publicado en Applied Physics Letters, observaron que la proteína lisozima es abundante, además de en claras de huevo de aves y en las lágrimas, en la saliva y la leche de mamíferos.

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1 tecnología que suma

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