Este avance permite que los dispositivos necesiten menos componentes para generar energía, lo que reduce las pérdidas y mejora el rendimiento.
Los investigadores han demostrado por primera vez la conversión termoeléctrica transversal en el semimetal WSi2, lo que conduce a dispositivos termoeléctricos más eficientes.
La importancia de los materiales termoeléctricos
Los materiales termoeléctricos, que convierten el calor en electricidad, son herramientas valiosas para capturar el calor residual y transformarlo en electricidad utilizable. Estos materiales son especialmente útiles en industrias y vehículos donde los motores producen una gran cantidad de calor residual, mejorando la eficiencia energética al convertirlo en energía adicional. También muestran potencial para la generación de energía portátil, en sensores remotos y satélites donde las fuentes de energía tradicionales pueden ser poco prácticas.
Dispositivos termoeléctricos tradicionales vs. transversales
Los dispositivos termoeléctricos tradicionales, conocidos como dispositivos termoeléctricos paralelos, generan un voltaje en la misma dirección que el flujo de calor. Estos dispositivos típicamente utilizan dos tipos de materiales paralelos, denominados tipo p y tipo n, que generan voltajes en direcciones opuestas. Al conectarlos en serie, se puede generar un voltaje más fuerte. Sin embargo, esto también conduce a un mayor número de puntos de contacto, lo que aumenta la resistencia eléctrica y, en consecuencia, la pérdida de potencia.
En contraste, los dispositivos termoeléctricos transversales hacen algo único: generan electricidad perpendicular al flujo de calor. Esto les permite usar menos contactos y, por lo tanto, lograr una conversión termoeléctrica más eficiente.
¿Cómo se compara la eficiencia de los dispositivos termoeléctricos tradicionales con los dispositivos transversales?
Para responder a esta consulta, es importante comparar la eficiencia de los dispositivos termoeléctricos tradicionales (paralelos) con los dispositivos termoeléctricos transversales, basándonos en la información proporcionada y añadiendo conocimientos relevantes sobre el tema.
Eficiencia de los dispositivos termoeléctricos tradicionales
Los dispositivos termoeléctricos tradicionales o paralelos presentan algunas limitaciones en cuanto a su eficiencia:
- Mayor número de contactos: Al utilizar materiales tipo p y n conectados en serie, estos dispositivos requieren más puntos de contacto.
- Aumento de la resistencia eléctrica: El mayor número de contactos incrementa la resistencia eléctrica del sistema.
- Pérdida de potencia: Como consecuencia de la mayor resistencia eléctrica, se produce una pérdida de potencia más significativa.
Eficiencia de los dispositivos termoeléctricos transversales
Los dispositivos termoeléctricos transversales, como el desarrollado con WSi2, ofrecen varias ventajas potenciales:
- Menos puntos de contacto: Al generar electricidad perpendicular al flujo de calor, estos dispositivos requieren menos contactos.
- Menor resistencia eléctrica: La reducción en el número de contactos disminuye la resistencia eléctrica general del sistema.
- Mayor eficiencia en la conversión: La menor resistencia eléctrica contribuye a una conversión termoeléctrica más eficiente.
Comparación de eficiencia
Aunque el artículo no proporciona datos cuantitativos específicos sobre la eficiencia, podemos inferir que:
- Los dispositivos transversales son potencialmente más eficientes: Debido a su diseño que reduce las pérdidas por resistencia eléctrica.
- Menor pérdida de energía: Los dispositivos transversales probablemente experimentan menos pérdida de energía en forma de calor debido a la resistencia eléctrica.
- Mayor aprovechamiento del calor residual: Es posible que los dispositivos transversales puedan aprovechar mejor el calor residual, convirtiendo una mayor proporción en electricidad útil.
- Posible mejora en la densidad de potencia: Al requerir menos componentes y conexiones, los dispositivos transversales podrían ofrecer una mayor densidad de potencia en un espacio más reducido.
Es importante señalar que la eficiencia real dependerá de varios factores, incluyendo las propiedades específicas de los materiales utilizados, la geometría del dispositivo y las condiciones de operación. Se necesitarían estudios comparativos detallados para cuantificar con precisión la diferencia en eficiencia entre ambos tipos de dispositivos.
El descubrimiento del efecto termoeléctrico transversal en WSi2
Un equipo de investigación de Japón, liderado por el Profesor Asociado Ryuji Okazaki de la Universidad de Ciencias de Tokio, ha logrado demostrar el efecto termoeléctrico transversal (TTE) en el semimetal disiliciuro de tungsteno (WSi2). Este es el primer descubrimiento directo de la conversión termoeléctrica transversal en WSi2.
Los investigadores analizaron las propiedades del WSi2 a través de una combinación de experimentos físicos y simulaciones por computadora. Descubrieron que la conducción de polaridad dependiente del eje (ADCP) del WSi2 se origina en su estructura electrónica única, que presenta superficies de Fermi de dimensiones mixtas.
Implicaciones y futuro de la investigación
Este estudio representa un paso importante hacia el desarrollo de materiales avanzados que pueden convertir el calor en electricidad de manera más eficiente, lo que conduce a un futuro más verde. El Profesor Okazaki espera que esta investigación conduzca al desarrollo de nuevos sensores y al descubrimiento de nuevos materiales termoeléctricos transversales.
La conversión termoeléctrica transversal es un fenómeno que está ganando atención como una nueva tecnología central para sensores capaces de medir la temperatura y el flujo de calor. Con el descubrimiento del efecto termoeléctrico transversal en WSi2, se abre un nuevo camino para el desarrollo de dispositivos termoeléctricos más eficientes y sostenibles.
¿Qué aplicaciones prácticas podrían tener los dispositivos termoeléctricos transversales en la industria?
Los dispositivos termoeléctricos transversales, también conocidos como dispositivos termoeléctricos de flujo térmico transversal o TFTEDs (Transverse Flow Thermoelectric Devices), son una innovación relativamente reciente en el campo de la termoelectricidad. Estos dispositivos ofrecen varias ventajas sobre los dispositivos termoeléctricos convencionales, lo que los hace potencialmente útiles en diversas aplicaciones industriales. A continuación, exploraremos algunas de las aplicaciones prácticas más prometedoras:
Recuperación de calor residual
En procesos industriales
Los TFTEDs podrían utilizarse para recuperar el calor residual de procesos industriales, convirtiéndolo en electricidad útil. Esto es particularmente valioso en industrias como:
- Siderúrgicas y fundiciones
- Plantas de cemento
- Refinerías de petróleo
- Industrias químicas
La capacidad de estos dispositivos para manejar grandes diferencias de temperatura los hace ideales para aprovechar el calor de escape de hornos, calderas y otros equipos de alta temperatura.
En motores de combustión interna
En el sector automotriz y de transporte, los TFTEDs podrían instalarse en los sistemas de escape de vehículos para recuperar parte del calor que normalmente se pierde, mejorando así la eficiencia energética general del vehículo.
Refrigeración y gestión térmica
Enfriamiento de componentes electrónicos
Los dispositivos termoeléctricos transversales podrían utilizarse para el enfriamiento preciso de componentes electrónicos en:
- Centros de datos
- Equipos de telecomunicaciones
- Sistemas de control industrial
Su diseño compacto y la ausencia de partes móviles los hacen ideales para aplicaciones donde el espacio es limitado y se requiere una alta fiabilidad.
Control de temperatura en procesos industriales
En industrias donde el control preciso de la temperatura es crucial, como:
- Industria farmacéutica
- Fabricación de semiconductores
- Procesamiento de alimentos
Los TFTEDs podrían proporcionar un control térmico más preciso y eficiente que los métodos convencionales.
Generación de energía en condiciones extremas
Aplicaciones espaciales y aeroespaciales
Debido a su robustez y ausencia de partes móviles, los TFTEDs podrían ser ideales para la generación de energía en satélites, sondas espaciales y otros equipos aeroespaciales, donde la fiabilidad a largo plazo es crucial.
Entornos industriales hostiles
En entornos donde las condiciones son demasiado extremas para otros generadores de energía, como:
- Plataformas petroleras offshore
- Minas profundas
- Plantas nucleares
Los TFTEDs podrían proporcionar una fuente de energía confiable y de bajo mantenimiento.
Sensores y dispositivos autónomos
Internet de las cosas (IoT) industrial
Los TFTEDs podrían alimentar sensores y dispositivos IoT en entornos industriales, aprovechando las diferencias de temperatura naturales para generar la energía necesaria para su funcionamiento. Esto reduciría la necesidad de baterías o cableado, facilitando la implementación de redes de sensores más extensas y autónomas.
Monitoreo de infraestructuras
En aplicaciones como el monitoreo de oleoductos, redes eléctricas o estructuras de ingeniería civil, los TFTEDs podrían proporcionar energía a sensores remotos, mejorando la capacidad de monitoreo y mantenimiento predictivo.
Esta investigación no solo amplía nuestro conocimiento sobre los materiales termoeléctricos, sino que también tiene el potencial de revolucionar la forma en que aprovechamos la energía térmica residual. En un mundo que busca constantemente formas de mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones, este avance podría tener un impacto significativo en diversos sectores, desde la industria automotriz hasta la exploración espacial.
Vía www.tus.ac.jp
Joaquin Alomar Garcia dice
En este momento se esta estudiando como aprovechar el potencial geotermico en zonas volcanicas como las canarias??.
J.Alomar G
Herneyder Gil Osorio. dice
Las Calderas de las plantas de Cogeneracion de las Industrias o Fábricas de azúcar, Pulpa y Papel producen grandes volúmenes de gases de la Combustión en sus Calderas con Temperaturas altas . Me gustaría conocer más a profundidad a cerca de estás aplicaciones que consideró podrán ser muy benéficas cuando se hablé de eficiencia de las energías y de pérdidas.
Grace A.Quiros dice
Excelente
Guillermo dice
que diferencia existe entre este nuevo elemento y una celda de Peltier?
gracias