Investigadores de Alemania y Japón desarrollaron por primera vez un sistema de refrigeración sostenible con calor residual y energía solar. El prototipo sustituye el tradicional motor eléctrico por películas ultrafinas capaces de transformar el calor en movimiento mecánico y, posteriormente, en frío.
Los frigoríficos, los sistemas de aire acondicionado y los centros de datos consumen enormes cantidades de electricidad. Ante el crecimiento constante de la demanda de refrigeración, científicos del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), en Alemania, y de la Universidad de Tsukuba, en Japón, presentaron una alternativa que podría reducir esta dependencia energética.
La tecnología aprovecha fuentes térmicas disponibles, como el calor generado por equipos industriales, vehículos o procesadores informáticos. También podría funcionar con energía solar térmica.
Los resultados del estudio, publicados en la revista científica Nature Energy, demuestran por primera vez que es posible producir frío mediante un sistema elastocalórico impulsado directamente por calor.
Cómo funciona la refrigeración sostenible con calor residual
El sistema utiliza dos películas ultrafinas fabricadas con una aleación de níquel y titanio. Cada una cumple una función diferente dentro del proceso.
Cuando la primera película se calienta, se contrae debido a su capacidad de recuperar una forma previamente definida. Este movimiento convierte la energía térmica en trabajo mecánico sin necesidad de emplear un motor eléctrico.
La fuerza generada pasa inmediatamente a la segunda película. Allí, la aplicación y liberación repetida de presión provoca cambios reversibles en su estructura cristalina. Como resultado, el material reduce su temperatura y produce un efecto de refrigeración.
“La innovación clave radica en que combinamos dos funciones complementarias de las aleaciones con memoria de forma: una película convierte el calor en trabajo mecánico y la otra convierte ese trabajo en frío”, explicó Jingyuan Xu, responsable del grupo de investigación del Laboratorio Térmico ZEco del KIT.
Una alternativa a los sistemas de refrigeración convencionales
Durante más de un siglo, los sistemas de refrigeración han dependido principalmente de compresores eléctricos y refrigerantes. Estos equipos trasladan el calor de un lugar a otro, pero requieren un elevado consumo de electricidad.
Además, algunos de los refrigerantes utilizados habitualmente tienen un fuerte impacto climático cuando se liberan a la atmósfera.
La nueva propuesta utiliza refrigeración elastocalórica de estado sólido. Esta tecnología aprovecha la capacidad de determinadas aleaciones para enfriarse cuando se libera una carga mecánica aplicada previamente.
Hasta ahora, estos sistemas también necesitaban actuadores eléctricos para generar la fuerza. El prototipo desarrollado por los investigadores elimina esa limitación al utilizar directamente una fuente de calor.
El prototipo logró producir frío en el laboratorio
Durante las pruebas, el sistema alcanzó una diferencia de temperatura de cuatro grados Celsius en sus componentes cuando el actuador se encontraba a 86 grados. En la película elastocalórica, el cambio de temperatura llegó a casi 13 grados.
El equipo también comprobó que el montaje funcionaba con una fuente térmica externa de 130 grados. Este resultado confirma que la tecnología podría aprovechar fuentes reales de calor residual.
“El momento decisivo fue cuando pudimos medir el frío generado por un sistema impulsado por calor”, señaló Yi-Ting Hsiau, autora principal del estudio e investigadora doctoral del KIT.
La especialista destacó que el experimento permitió demostrar que el principio no funciona únicamente en teoría.
Posibles aplicaciones en centros de datos y automóviles
El prototipo todavía se encuentra en una fase inicial y no ha sido optimizado para ofrecer su máxima capacidad. Los investigadores trabajan ahora en conectar varias películas en paralelo para incrementar la cantidad de frío producido.
Una de sus posibles aplicaciones sería la refrigeración de procesadores informáticos. Los equipos podrían aprovechar parte del calor que ellos mismos generan para controlar su temperatura.
El sistema también podría utilizarse para refrigerar componentes electrónicos sensibles en vehículos mediante el calor residual del tren de transmisión. Otras aplicaciones potenciales incluyen instalaciones industriales, sistemas de climatización y centros de datos.
Los científicos consideran que esta tecnología podría facilitar el desarrollo de equipos compactos capaces de utilizar calor residual y energía solar para producir frío con un menor consumo eléctrico.