{"id":282,"date":"2014-07-18T17:39:20","date_gmt":"2014-07-18T15:39:20","guid":{"rendered":"http:\/\/blogs.laverdad.es\/jalozate\/?p=282"},"modified":"2014-07-18T17:39:20","modified_gmt":"2014-07-18T15:39:20","slug":"hacia-la-conversion-practica-del-calor-en-electricidad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.laverdad.es\/jalozate\/2014\/07\/18\/hacia-la-conversion-practica-del-calor-en-electricidad\/","title":{"rendered":"Hacia la conversi\u00f3n pr\u00e1ctica del calor en electricidad"},"content":{"rendered":"

La Termodin\u00e1mica nos ense\u00f1a que la energ\u00eda ni se crea ni se destruye, s\u00f3lo se transforma. En todas esas transformaciones una buena parte se convierte en calor, de modo que se calcula que m\u00e1s del 70% de toda la energ\u00eda del mundo termina desperdici\u00e1ndose en forma de calor. Por ello, tendr\u00eda una gran potencialidad la existencia de procedimientos mediante los cuales pudi\u00e9ramos recuperar, al menos en parte, la energ\u00eda calor\u00edfica para transformarla en formas m\u00e1s \u00fatiles de energ\u00eda como es la energ\u00eda el\u00e9ctrica. Esa conversi\u00f3n se puede realizar mediante los dispositivos termoel\u00e9ctricos, cuyo problema principal es que su rendimiento y optimizaci\u00f3n a\u00fan son muy deficientes, de modo que su uso pr\u00e1ctico es muy limitado. El efecto termoel\u00e9ctrico es la electricidad generada por la aplicaci\u00f3n de calor a la uni\u00f3n de dos materiales diferentes. Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina termopar), y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensi\u00f3n que hace fluir una corriente el\u00e9ctrica entre las uniones caliente y fr\u00eda.<\/p>\n

La situaci\u00f3n del reducido uso pr\u00e1ctico del efecto termoel\u00e9trico para obtener energ\u00eda el\u00e9ctrica abundante y ficazzmente podr\u00eda cambiar, y a ello se refiere una reciente investigaci\u00f3n de cient\u00edficos griegos del Centro Nacional de Investigaci\u00f3n Cient\u00edfica Dem\u00f3crito en Atenas, Grecia, con el t\u00edtulo \u201cReduction of thermal conductivity in porous \u201cgray\u201d materials\u201d, publicada en la revista APL Materials<\/em><\/strong>.<\/p>\n

Lo que estos investigadores han descubierto es c\u00f3mo ciertas sustancias porosas pueden actuar como materiales termoel\u00e9ctricos, abriendo el camino futuro de posibles desarrollos de sistemas basados en tales materiales porosos, llenos de peque\u00f1os agujeros con dimensiones que van desde una micra a un nan\u00f3metro, para que pudieran aprovechar de manera pr\u00e1ctica y rentable el calor residual y convertirlo en electricidad.<\/p>\n

El calor viaja a trav\u00e9s de un material en forma de \u201cfonones\u201d. Lo primero que se nos viene a la cabeza, con este nombre es asociarlas al sonido y, efectivamente, el nombre se deriva de una palabra griega que significa sonido, pero un fon\u00f3n es un concepto f\u00edsico m\u00e1s amplio, y se podr\u00eda definir como una cuasipart\u00edcula o modo cuantizado vibratorio que tiene lugar en las redes cristalinas como la red at\u00f3mica de un s\u00f3lido.<\/p>\n

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En forma m\u00e1s vulgar, si consideramos una celos\u00eda regular de \u00e1tomos en un material s\u00f3lido uniforme, podemos suponer que hay una energ\u00eda asociada con las vibraciones de estos \u00e1tomos. Pero estos \u00e1tomos est\u00e1n atados entre s\u00ed por medio de enlaces, de modo que no pueden vibrar independientemente. Las vibraciones por tanto toman la forma de modos colectivos, que se propagan a trav\u00e9s del material. Pues bien, tanto el calor como el sonido son en realidad el movimiento o vibraci\u00f3n de los \u00e1tomos y las mol\u00e9culas. M\u00e1s a\u00fan, \u00a0las vibraciones de baja frecuencia corresponden al sonido, mientras que las frecuencias m\u00e1s altas corresponden al calor. En cada frecuencia, los principios de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica\u00a0 establecen que la energ\u00eda de vibraci\u00f3n debe ser un m\u00faltiplo de una cantidad b\u00e1sica de energ\u00eda, llamada cuanto, que es proporcional a la frecuencia. Y los f\u00edsicos llaman a estos niveles b\u00e1sicos,\u00a0 fonones de energ\u00eda.<\/p>\n

Los fonones que en este caso nos interesan son las part\u00edculas virtuales que transportan el calor, o m\u00e1s concretamente las vibraciones subyacentes. Pero si un fon\u00f3n se mete en un agujero o poro, se dispersa y pierde energ\u00eda. Por ello los materiales porosos poseen una conductividad t\u00e9rmica baja, pero pueden favorecer que esas p\u00e9rdidas de energ\u00eda calor\u00edfica terminen transformada en electricidad.\u00a0 Cuanto m\u00e1s poroso es el material, m\u00e1s baja es la conductividad t\u00e9rmica, y mejor es como material termoel\u00e9ctrico.<\/p>\n

Los investigadores lo que han conseguido es modelar de forma sistem\u00e1tica como ocurren todos esos procesos, analizando con profundidad las propiedades t\u00e9rmicas de las estructuras de cuatro modelos simples de materiales microporosos y nanoporosos, desarrollando las bases cient\u00edficas imprescindibles para la futura elaboraci\u00f3n de estos materiales destinados a dispositivos termoel\u00e9ctricos.<\/p>\n

En general, se ha encontrado que cuantos m\u00e1s peque\u00f1os son los poros del material y m\u00e1s cerca est\u00e1n unos de los otros, m\u00e1s baja es su conductividad t\u00e9rmica y son m\u00e1s adecuados para su uso termoel\u00e9ctrico.<\/p>\n

Enlace de descarga de la investigaci\u00f3n:<\/p>\n

http:\/\/scitation.aip.org\/docserver\/fulltext\/aip\/journal\/aplmater\/2\/7\/1.4886220.pdf?expires=1405669370&id=id&accname=guest&checksum=4B16522AEF82D09F46E48873F43763DB<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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