Las bombas de calor son la forma más eficiente energéticamente de controlar la temperatura interior. Al mover el calor entre ubicaciones, evitan las ineficiencias de generar calor en primer lugar. Pero eso no significa que no se puedan hacer más eficientes.
La mayoría de las bombas de calor actuales dependen de materiales que exhiben grandes cambios de temperatura en respuesta a los cambios de presión, pero la energía necesaria para presurizarlas se pierde cuando vuelven a un estado de baja presión, absorbiendo calor de su entorno. Esto ha hecho que la gente se interese en los dispositivos electrocalóricos, donde los cambios de temperatura son provocados por el almacenamiento de cargas en un material. Dado que esencialmente actúa como un gran condensador, gran parte de la energía eléctrica involucrada puede retirarse a medida que el sistema funciona.
Pero los condensadores no son especialmente móviles, por lo que los sistemas electrocalóricos tendían a utilizar fluidos para mover el calor dentro y fuera del condensador a medida que circula. Ahora, sin embargo, los investigadores han desarrollado un sistema electrocalórico que se mueve entre ambientes fríos y calientes, simplificando radicalmente el sistema y eliminando parte de la energía necesaria para su funcionamiento. Incluso demuestran que enfría eficazmente un chip de computadora.
Electrocalóricos y bombas de calor.
A finales del año pasado, cubrimos un artículo que describía una sistema electrocalórico de demostración. Funcionaba de forma bastante sencilla: bombear electrones a un condensador provocaba una transición de fase en su estructura electrónica interna. Si bien esta transición de fase no implica fusión ni congelación, está asociada con un cambio importante en el contenido de calor del capacitor.
Pero, por sí solo, eso no funcionará como una bomba de calor. Si bien calentará o enfriará felizmente su entorno inmediato (dependiendo de si se está cargando o descargando), eso no le ayuda a transferir calor entre entornos. Para calentar o enfriar un ambiente, es necesario sacar o introducir energía térmica en el condensador. El equipo que desarrolló este dispositivo lo hizo simplemente bombeando agua.
Entonces, para actuar como un dispositivo de enfriamiento, el capacitor electrocalórico primero calentaría agua que luego sería bombeada hacia donde podría irradiar ese calor al medio ambiente. Luego se bombeaba agua nueva, que el condensador enfriaba durante la descarga. Luego, esa agua fría se bombearía hasta donde pudiera absorber el calor del área que debía enfriarse.
Definitivamente funciona, pero hay un costo de energía asociado con ese bombeo. El nuevo trabajo, realizado por investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, elimina la necesidad de bombeo. En cambio, el propio condensador se mueve entre la fuente de calor y el disipador de calor. Y lo hace cuando se alimenta de lo mismo que provoca el cambio de temperatura: la carga o la descarga.
El trabajo se basa en un polímero llamado poli(fluoruro de vinilideno-trifluoroetileno-clorofluoroetileno), un nombre tan complejo que incluso la abreviatura es excesivamente larga (nos referiremos simplemente a «el polímero»). Es un material electrocalórico conocido, pero las variantes del polímero con una estructura de enlace químico diferente tienen una respuesta diferente al captar cargas: cambian de forma.
Entonces, los investigadores dedicaron bastante tiempo a probar reacciones químicas que producían polímeros con diferentes frecuencias de dobles enlaces, intentando maximizar ambos efectos: cambios de temperatura electrocalóricos y cambios de forma impulsados por la carga. Sin duda, fue una cantidad de trabajo significativa, pero ocupa aproximadamente tres oraciones en el artículo. En cualquier caso, una vez resuelta la química, pudieron producir un único polímero que tuviera fuertes respuestas de temperatura y forma.
