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Energía
Descubierto un Mejor Modo de
Generar Energía a Partir del Calor
27 de
Mayo de 2005.
 El
motor de su automóvil desperdicia el 70 por ciento de su energía en
forma de calor, pero un descubrimiento científico podría ahora
desembocar en un modo eficiente de recobrar esa energía perdida, e
incluso de aprovechar mucho más el potencial energético del calor
geotérmico.
El truco está en convertir este calor en electricidad, y una manera
prometedora de hacerlo, descubierta por los investigadores, incluye el
uso de nanoconductores extremadamente finos para duplicar la eficiencia
de los materiales termoeléctricos.
Si finalmente se logra, este dispositivo termoeléctrico nanoestructurado
puede ser útil para reciclar el calor de los motores de automóviles, el
enfriamiento de los microprocesadores de los ordenadores y la
construcción de neveras más compactas y silenciosas.
El estudio ha sido realizado por Heiner Linke, un profesor adjunto de
física en la Universidad de Oregón, asociado con el Instituto de
Nanociencias y Microtecnologías de Oregón (ONAMI), y por Tammy Humphrey,
una investigadora afiliada al Consejo de Investigaciones Australiano,
actualmente de visita en la Universidad de California en Santa Cruz. Sus
espectaculares hallazgos representan un avance significativo con
respecto a los dispositivos termoeléctricos actuales.
Linke y Humphrey descubrieron que dos objetos pueden tener diferentes
temperaturas y aún estar en equilibrio mutuo a escala nanométrica, un
hecho desconcertante para alguien no experto en el tema, pero que es
crucial para alcanzar el rendimiento que permita generalizar el uso de
la tecnología termoeléctrica en la generación de energía y la
refrigeración.
Imagine una taza de café caliente sobre una bandeja metálica. El café
rápidamente se enfriaría debido a que las moléculas en la taza
espontáneamente transmiten el calor a la bandeja para entrar en
equilibrio de temperatura con ésta. El mismo efecto ocurre con los
electrones en los materiales estudiados por Humphrey y Linke. En física,
ésta es una ley de la termodinámica: el calor siempre fluirá de las
zonas calientes a las frías. Por supuesto, la energía liberada por esos
electrones normalmente se pierde.
Los materiales termoeléctricos tratan de recuperar esa energía
convirtiéndola en electricidad, pero no funcionan apropiadamente si el
flujo de calor es descontrolado. La principal innovación presentada por
Humphrey y Linke consiste en controlar el movimiento de los electrones
usando materiales estructurados a escala nanométrica.
Humphrey y Linke mostraron que si se aplica un voltaje a un sistema
eléctrico en combinación con una diferencia de temperatura, es posible
controlar los electrones que contengan una energía específica. Esto
significa que si un material nanoestructurado se diseña para permitir un
flujo de electrones con esta energía específica, se alcanza un nuevo
tipo de equilibrio en el que los electrones no transportan
espontáneamente el calor de zonas calientes a frías.
Este delicado balance puede tener enorme importancia práctica porque
significa que los dispositivos termoeléctricos, que usan contacto
eléctrico entre zonas frías y calientes en un semiconductor para
transformar calor en energía eléctrica útil, pueden ser operados cerca
del equilibrio. Ese es el requerimiento principal para elevar la
eficiencia hacia el límite de Carnot, la máxima eficiencia posible para
cualquier máquina térmica.
Debido a que el sistema está en estado de equilibrio, el flujo de
electrones es reversible. Esta reversibilidad permite al dispositivo
alcanzar la máxima eficiencia posible.
Hasta ahora, la eficiencia de los dispositivos termoeléctricos, que no
tienen partes móviles y que pueden ser lo bastante pequeños para caber
en un microchip, ha sido demasiada baja (menos del 15 por ciento del
límite de Carnot para la generación de energía) como para usarlos en
algo útil excepto en unas pocas aplicaciones especializadas.
El potencial de un sistema basado en el desarrollo de Humphrey y Linke
podría permitir la construcción de dispositivos termoeléctricos
nanoestructurados con eficiencias cercanas al 50 por ciento del límite
de Carnot. Con ellos, sería viable mejorar la generación de electricidad
a partir de fuentes geotérmicas, o aprovechar el calor liberado por los
motores en automóviles híbridos.
Información adicional en:
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