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Especialistas de La Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong ha desarrollado una nueva aleación flexible de titanio y niobio, que se calienta durante la tracción y se enfría durante la compresión.
La innovadora aleación de Ti₇₈Nb₂₂ calienta y enfría 20 veces más que los metales convencionales. Esto la convierte en una alternativa a tecnologías tradicionales calefacción y refrigeración por compresión de vapor.
Considerando que metales tradicionales durante el estiramiento se calientan no más de 0,2°C, la temperatura de esta aleación cambia entre 4 y 5°C debido al fenómeno denominado efecto termoelástico. Las propiedades de la aleación pueden compararse con los modernos sistemas de refrigeración que utilizan gases y productos químicos especiales como refrigerantes.
La aleación alcanza el 90% del rendimiento del ciclo ideal de Carnot, que es el límite del ciclo térmico ideal. Al mismo tiempo, las bombas de estado sólido tradicionales se limitan al 50-70% del ciclo ideal de Carnot.
«Este descubrimiento cambia la noción largamente sostenida y bien establecida de que el efecto termoelástico es demasiado débil para ser útil. Nuestra investigación demuestra que la deformación elástica lineal por sí sola puede utilizarse para el bombeo térmico de alta eficiencia energética», — subrayan los investigadores.
Según ellos, las aleaciones similares con propiedades especiales que cambian de forma y temperatura bajo presión se denominan ferroelásticos, capaces de cambiar su propia temperatura aún más — en unos 22°C.
En la actualidad, los sistemas de calefacción y refrigeración representan la mitad del consumo mundial de energía, principalmente a través de la quema de combustibles fósiles. Las bombas de calor tradicionales que utilizan transiciones de fase son menos eficientes y requieren el uso de productos químicos y gases como refrigerantes, lo que contribuye al calentamiento global. La aleación de Ti₇₈Nb₂₂ propuesta no emite gases de efecto invernadero, es totalmente reciclable y funciona sin necesidad de complejas transiciones de fase.
«Esta tecnología ofrece una solución transformadora para sustituir la calefacción por combustibles fósiles. La aleación puede utilizarse en edificios, la industria e incluso dispositivos compactos, reduciendo los costes energéticos en un 20-30% y las emisiones de carbono en un», — explica el autor principal del estudio Dr. Li Qiao.
El Ti78Nb22 podría convertirse en la base de una nueva generación de bombas de calor. Los científicos ya están desarrollando prototipos para la industria y patentando la tecnología. Las aleaciones pueden hacer que los sistemas sean aún más potentes, enfriando una habitación de 30 °C a 21 °C en 15 minutos. Esto es especialmente importante, ya que el aire acondicionado consume el 20% de la electricidad mundial.
Los resultados del estudio se publican en la revista Nature
Fuente: Interesting Engineering