Tecnología de refrigeración compacta de última generación

AXCESS · Enero 16, 2025, 12:57:33 AM

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Los científicos de materiales de la UCLA han desarrollado una tecnología de refrigeración compacta que puede bombear calor de forma continua mediante capas de películas delgadas flexibles. El diseño se basa en el efecto electrocalórico, en el que un campo eléctrico provoca un cambio temporal en la temperatura de un material.

En experimentos de laboratorio, los investigadores descubrieron que el prototipo podía reducir la temperatura ambiente de su entorno inmediato en 16 grados Fahrenheit de forma continua y hasta 25 grados en la fuente de calor después de unos 30 segundos.

Detallado en un artículo publicado en la revista Science, el enfoque podría incorporarse a la tecnología de refrigeración portátil o a los dispositivos de refrigeración portátiles.

"Nuestro objetivo a largo plazo es desarrollar esta tecnología para accesorios de refrigeración portátiles que sean cómodos, asequibles, fiables y energéticamente eficientes, especialmente para personas que trabajan en entornos muy calurosos durante muchas horas", dijo el investigador principal Qibing Pei, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA. "A medida que las temperaturas medias siguen aumentando debido al cambio climático, hacer frente al calor se está convirtiendo en un problema de salud crítico. Necesitamos una variedad de soluciones al problema y esta podría ser la base para una de ellas".

Las películas de polímero del dispositivo se expanden y contraen como un acordeón para bombear el calor lejos de una fuente, enfriándola unos 16 grados Fahrenheit. Crédito: Laboratorio de Investigación de Materiales Blandos de la UCLA

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Cuando se activa el campo eléctrico del dispositivo, las capas apiladas se comprimen entre sí en pares. Cuando se corta la electricidad, los pares apilados se separan para luego presionarse contra las otras capas vecinas. A medida que este proceso alterno se repite, la acción en cascada autorregenerativa, similar a un acordeón, bombea continuamente calor, capa por capa.

"Las películas de polímero utilizan un circuito para transportar cargas entre pares de capas apiladas, lo que hace que el dispositivo de enfriamiento flexible sea más eficiente que los acondicionadores de aire", dijo Hanxiang Wu, uno de los coautores principales del estudio y un investigador postdoctoral que trabaja en el laboratorio de Pei.

La tecnología de enfriamiento tradicional se basa en el aire acondicionado y la refrigeración, que requieren compresión de vapor que no solo consume una gran cantidad de energía, sino que también utiliza dióxido de carbono como refrigerante. El nuevo dispositivo es un diseño más simple que no requiere refrigerantes o líquidos que generen gases de efecto invernadero. Funciona únicamente con electricidad, que puede ser sostenible cuando se genera a través de fuentes de energía renovables como paneles solares.

"Este dispositivo de refrigeración integra materiales avanzados con una elegante arquitectura mecánica para ofrecer una refrigeración energéticamente eficiente al incorporar funcionalidad directamente en su estructura, reduciendo la complejidad, el uso de energía y las demandas computacionales", dijo el coautor principal del estudio, Wenzhong Yan, un investigador postdoctoral en ingeniería mecánica.

Pei tiene un puesto docente conjunto en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y dirige el Laboratorio de Investigación de Materiales Blandos en la UCLA. Él y su equipo han estado investigando tecnologías de refrigeración electrocalórica diseñadas para reducir las temperaturas lo suficiente para aplicaciones del mundo real.

"Dado que podemos utilizar películas delgadas y flexibles, la refrigeración electrocalórica sería la más ideal para los wearables de próxima generación que pueden mantenernos frescos en condiciones extenuantes", dijo Pei. "También podría usarse para enfriar dispositivos electrónicos con componentes flexibles".

Sumanjeet Kaur, científica de materiales del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y líder de su Grupo de Energía Térmica, es otra autora del estudio y coinventora de la solicitud de patente que la UCLA ha presentado para esta invención. "No se puede exagerar el potencial de la refrigeración portátil eficiente para impulsar el ahorro de energía y mitigar el cambio climático", dijo Kaur.

Además de Wu y Yan, Yuan Zhu, estudiante de posgrado de UCLA Samueli y miembro del grupo de investigación de Pei, es otro coautor principal. Otros autores son los estudiantes de posgrado en ciencias de los materiales Siyu Zhang, William Budiman, Kede Liu, Jianghan Wu y el ex investigador postdoctoral en ciencias de los materiales Yuan Meng, todos ellos miembros del grupo de investigación de Pei; el estudiante de posgrado en bioingeniería Xun Zhao; y Ankur Mehta, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática de la UCLA.

Fuente:
msn News
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