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Generadores termomagnéticos que convierten el calor residual en eléctricidad incluso con pequeñas diferencias de temperatura

El uso del calor residual puede contribuir en gran medida al suministro de energía sostenible. Científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y de la Universidad de Tōhoku (Japón) se están acercando al objetivo de convertir el calor residual en energía eléctrica con pequeñas diferencias de temperatura.

La potencia eléctrica de los generadores termomagnéticos basados en películas de aleación de Heusler se ha incrementado en un factor de 3,4.

Muchos procesos industriales sólo usan una parte de la energía consumida. La fracción restante sale del sistema en forma de calor residual.

A menudo, este calor se libera sin usarse, aunque puede utilizarse para el suministro de calor o la generación de energía.

Cuanto mayor sea la temperatura del calor residual, más fácil y barata será su reutilización. Los generadores termoeléctricos pueden usar el calor residual de baja temperatura para convertirlo directamente en energía eléctrica. Sin embargo, los materiales termoeléctricos usados hasta ahora son caros y a veces incluso tóxicos. Además, los generadores termoeléctricos necesitan grandes diferencias de temperatura para alcanzar un mínimo de eficiencia.

Los generadores termomagnéticos son una alternativa interesante. Se basan en aleaciones cuyas propiedades magnéticas dependen en gran medida de la temperatura.

Los primeros conceptos de generadores termomagnéticos ya se estudiaron en el siglo XIX. Desde entonces, la investigación ha abarcado una gran variedad de materiales. La potencia eléctrica, sin embargo, ha dejado mucho que desear.

Recuperar el calor residual cerca de la temperatura ambiente

Ahora, científicos del Instituto de Tecnología de Microestructuras (IMT) del KIT y de la Universidad de Tōhoku, en Japón, han conseguido aumentar en gran medida la potencia eléctrica por huella de los generadores termomagnéticos.

Según los resultados de nuestro trabajo, los generadores termomagnéticos son competitivos con los generadores termoeléctricos. Con ello, nos hemos acercado mucho más al objetivo de convertir el calor residual en energía eléctrica con pequeñas diferencias de temperatura.

Manfred Kohl, jefe del Grupo de Materiales y Dispositivos Inteligentes del IMT.

Las llamadas aleaciones de Heusler se aplican en forma de películas finas en generadores termomagnéticos y permiten un gran cambio de magnetización en función de la temperatura y una rápida transferencia de calor.

Esta es la base del nuevo concepto. Incluso con pequeñas diferencias de temperatura, se inducen vibraciones resonantes en los dispositivos y pueden convertirse eficazmente en energía eléctrica.

Aun así, la potencia eléctrica es baja y su ampliación dependerá del desarrollo de materiales y de la tecnología.

Los investigadores del KIT y de la Universidad de Tōhoku usaron una aleación de níquel-manganeso-galio y descubrieron que el grosor de la película de aleación y la huella del dispositivo influyen en la potencia eléctrica en direcciones opuestas.

Basándose en este hallazgo, consiguieron mejorar la potencia eléctrica por huella en un factor de 3,4 al aumentar el grosor de la película de aleación de cinco a 40 micrómetros.

Los generadores termomagnéticos alcanzaron una potencia eléctrica máxima de 50 microvatios por centímetro cuadrado con un cambio de temperatura de sólo tres grados Celsius.

Estos resultados allanan el camino para el desarrollo de generadores termomagnéticos personalizados conectados en paralelo para el uso potencial del calor residual cerca de la temperatura ambiente.

Manfred Kohl.

Más información: www.cell.com

Vía www.kit.edu

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