NeoFronteras

Impulsos eléctricos consiguen refrigeración

Área: Física — miércoles, 15 de marzo de 2006

Foto
PZT tradicional. Foto: Fujitsu.

Un material ya conocido por sus propiedades piezoeléctricas presenta una cualidad interesante que permite refrigerar bajo ciertas circunstancias. Se podría aplicar en un futuro a sistemas de refrigeración de microprocesadores.
El material se basa en el efecto electrocalórico ya conocido desde los años sesenta. Hasta ahora este efecto era casi despreciable, con lo que sus posibles aplicaciones prácticas eran nulas. De hecho sólo se producía un cambio de 2,5 grados cuando se aplicaban 700 voltios.
Pero Alex Mischenko de la Universidad de Cambridge reporta un efecto electrocalórico gigante que es unas 100 veces más grande que el conocido. El material es una variante de PZT (circonato de titanio plomo), un material cerámico muy utilizado como transductor ultrasónico entre otras aplicaciones como pueda ser la microfonía.
Este equipo de investigadores encontró que el PZT se transforma en un material electrocalórico si la proporción de circonio y titanio es de 20 a 1.
Aunque el efecto electrocalórico no es bien conocido se cree que surge cuando el material sufre un cambio en su estructura cristalina. Este cambio representa un cambio de fase a una determinada temperatura. El cambio de fase es similar, desde el punto de vista termodinámico, al paso de agua a hielo o a vapor.
En el PZT la temperatura de este cambio de fase puede ser alterada mediante la aplicación de un campo eléctrico. Esto significa que cerca del cambio de fase el campo eléctrico puede “tirar” de los átomos que forman la estructura cristalina hacia un estado de baja energía permitiendo que en el proceso se absorba energía en forma de calor y por tanto se produzca un enfriamiento del entorno.
Los investigadores encontraron que aplicando solamente 25 voltios a una película de PZT alterada su temperatura se redujo en 12 grados centígrados. Este efecto se podría emplear para bombear calor de un sitio a otro, proceso en el que se basa todo tipo de dispositivo de refrigeración.
La idea es realizar un ciclo en el que el material se conecta y se desconecta de la cavidad a refrigerar y va soltando el calor al exterior en una conexión complementaria a la primera. De este modo al cabo de muchos ciclos el calor va pasando al “exterior”. El calor es una forma de energía que pasa de unos cuerpos a otros por efecto de la temperatura y no puede ser destruido sino transferido a otro lugar como hacen todos nuestros frigoríficos o aparatos de aire acondicionado. El interior de un frigorífico esta frío por que el calor es bombeado a la placa que esta en la parte trasera del aparato.
Lo malo es que el efecto electrocalórico encontrado en el PZT sólo funciona a temperaturas de 220 grados centígrados y no a temperatura ambiente. Sin embargo, quizás sí sea aplicable a la refrigeración de dispositivos electrónicos.
Estos investigadores quieren conseguir este efecto a temperatura ambiente mediante la adición de dopantes al nuevo PZT alterado. Si tienen éxito quizás se podría usar este efecto para refrigerar todo tipo de cosas que vayan desde los frigoríficos de nuestras cocinas, hasta sistemas de toma de imágenes infrarrojas; y todo ello sin usar gases que puedan dañar la capa de ozono.

Referencia :

Mischenko A.S., et al. Science, 311 . 1270 – 1271 (2006).

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