Una forma novedosa de calentar y enfriar cosas.

9 de octubre de 2021

REFRIGERADORES Y Los acondicionadores de aire son una tecnología antigua y torpe, y representan un campo propicio para la disrupción. Consumen mucha electricidad. Y generalmente dependen de sustancias químicas llamadas hidrofluorocarbonos que, si se filtran a la atmósfera, tienen un potente efecto de calentamiento de invernadero. Mientras tanto, los sistemas de calefacción central de los edificios a menudo funcionan con metano en forma de gas natural, que libera dióxido de carbono, otro gas de efecto invernadero, cuando se quema, y ??también tiene tendencia a filtrarse por las tuberías que lo suministran, lo que es desafortunado, porque el metano también es un gas de efecto invernadero y mucho más potente que el CO2.

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Una forma potencial de evitar todo esto podría ser explotar lo que se conoce como efecto termoeléctrico, un medio para transportar calor de un lugar a otro en forma de corriente eléctrica. Los circuitos termoeléctricos se pueden utilizar para enfriar cosas o para calentarlas. Y una empresa llamada Phononic, con sede en Durham, Carolina del Norte, ha desarrollado un chip que hace precisamente eso.
El efecto termoeléctrico fue descubierto en 1834 por Jean Charles Peltier, un físico francés. Ocurre en un circuito eléctrico que incluye dos materiales de diferente conductividad. Un flujo de electrones desde el más conductor al menos conductor provoca enfriamiento. Un flujo en la otra dirección provoca calentamiento.

La razón de esto es que los electrones pueden vibrar más libremente cuando se empujan hacia un material conductor. De ese modo transfieren energía a su entorno, calentándolos. Cuando se desvían a uno menos conductivo, las vibraciones de los electrones están restringidas y absorben energía de su entorno, enfriando ese entorno. Una serie de circuitos termoeléctricos construidos con todos los materiales de alta conductividad orientados en una dirección y todos los de baja conductividad en la otra pueden mover el calor en cualquier dirección, cambiando la polaridad de la corriente. Por razones enterradas en las matemáticas de la física cuántica, el calor que fluye así lo hace en paquetes discretos, llamados fonones. De ahí el nombre de la firma.
El efecto termoeléctrico funciona mejor cuando los conductores involucrados son en realidad semiconductores, siendo el bismuto y el estaño opciones comunes. Las cámaras de lujo contienen chips de enfriamiento simples que los utilizan, al igual que algunos instrumentos científicos. Pero el jefe de Phononic, Tony Atti, cree que es una cerveza pequeña. Utilizando los buenos oficios de Fabrinet, un fabricante de chips en Tailandia, ha comenzado a hacer versiones más sofisticadas a gran volumen, utilizando el conjunto de herramientas y técnicas normalmente empleadas para grabar circuitos de procesamiento de información en obleas hechas de silicio. En este caso, sin embargo, las obleas están hechas de bismuto.
Es cierto que los resultados están todavía muy lejos de algo que podría calentar o enfriar un edificio. Pero ya están encontrando empleos lucrativos en aplicaciones donde el espacio es escaso. En este momento, el mercado de más rápido crecimiento es el enfriamiento de los láseres infrarrojos que se utilizan para disparar fotones de codificación de información a través de cables de fibra óptica, para la transmisión de datos a larga distancia. Sin embargo, también se están utilizando en los 5GRAMO Las estaciones base de telefonía móvil ahora comienzan a cubrir las esquinas de las calles, para mantener las baterías de los vehículos eléctricos a temperaturas óptimas de funcionamiento y como componentes de los sistemas de radar de frecuencia óptica conocidos como LIDAR, que ayudan a guiar los vehículos autónomos.
La pregunta crucial desde el punto de vista de Atti es si la termoelectrónica basada en semiconductores puede salir de estos nichos y convertirse en una corriente más generalizada, de la forma en que lo han hecho la electrónica y la iluminación basadas en semiconductores. En particular, le gustaría incorporar chips de bombeo de calor en los edificios, para dotarlos de termorregulación integral.

En su forma actual, es poco probable que los chips termoeléctricos reemplacen el aire acondicionado convencional y la calefacción central porque no pueden mover el calor a las distancias requeridas para bombearlo dentro y fuera de un edificio a granel. Pero, no obstante, podrían utilizarse como reguladores. En lugar de encender o apagar un gran sistema de aire acondicionado, para bajar o subir la temperatura en las pequeñas cantidades necesarias para mantener la comodidad, con todo el costo que eso implica, los chips termoeléctricos pueden modificar las cosas al mover el calor localmente.
Phononic ya ha realizado pruebas de dichos chips de ajuste de temperatura local en Singapur, en asociación con Temasek, el fondo de inversión estatal de ese país. En 2019 SP Group, la empresa de servicios públicos de Singapur, instaló ocho de las bombas de calor de la empresa, que comprenden una serie de chips apuntando hacia las personas, bombeando calor del aire sobre ellos, en el paseo marítimo de Clarke Quay en la ciudad. Phononic afirma que los dispositivos redujeron la temperatura en sus alrededores hasta en 10 ° C y, como beneficio adicional, redujeron la humedad en un 15%. Si eso se puede ampliar, sin duda sería un resultado genial. ?
Este artículo apareció en la sección Ciencia y tecnología de la edición impresa con el título “Pensamientos geniales”.

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