Los motores de combustión, los motores de los automóviles que funcionan con gasolina, solo utilizan una cuarta parte de la energía potencial del combustible, mientras que el resto se pierde en forma de calor a través del tubo de escape.
Ahora, un estudio publicado en ACS Applied Materials & Interfaces demuestra cómo convertir el calor del escape en electricidad. Los investigadores presentan un prototipo de sistema generador termoeléctrico que podría reducir el consumo de combustible y las emisiones de dióxido de carbono, una oportunidad para mejorar las iniciativas de energía sostenible en un mundo que cambia rápidamente.
Los investigadores diseñan y prueban un sistema de recuperación de calor residual que se conecta al tubo de escape de un automóvil y convierte el calor del escape en energía. Las ranuras en forma de abanico en el exterior del tubo son el lado frío del disipador de calor del dispositivo y los componentes triangulares dentro del tubo son intercambiadores de calor de placas y aletas.
Eficiencia de la combustión
La ineficiencia del combustible contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero y subraya la necesidad de sistemas innovadores de recuperación de calor residual. Los sistemas de recuperación de calor, llamados sistemas termoeléctricos, utilizan materiales semiconductores para convertir el calor en electricidad en función de una diferencia de temperatura.
Sin embargo, muchos diseños de dispositivos termoeléctricos existentes son pesados y complejos, y requieren agua de refrigeración adicional que se utiliza para mantener la diferencia de temperatura necesaria.
Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Wenjie Li y Bed Poudel ha desarrollado un sistema de generador termoeléctrico compacto para convertir de manera eficiente el calor residual de los gases de escape de vehículos de alta velocidad, como automóviles, helicópteros y vehículos aéreos no tripulados, en energía.
Captura el calor
El nuevo generador termoeléctrico de los investigadores contiene un semiconductor hecho de telururo de bismuto y utiliza intercambiadores de calor (similares a los que se utilizan en los acondicionadores de aire) para capturar el calor de los conductos de escape de los vehículos. El equipo también incorporó una pieza de hardware que regula la temperatura, llamada disipador de calor.
Este disipador de calor aumenta significativamente la diferencia de temperatura, lo que influye directamente en la salida eléctrica del sistema. Su prototipo alcanzó una potencia de salida de 40 vatios, aproximadamente suficiente para alimentar una bombilla. Es importante destacar que los resultados indican que las condiciones de alto flujo de aire, como las que se encuentran en los tubos de escape, mejoran la eficiencia, lo que aumenta la salida eléctrica del sistema.
En simulaciones que imitan entornos de alta velocidad, el sistema de calor residual demostró una gran versatilidad; su sistema produjo hasta 56 W para velocidades de escape similares a las de un automóvil y 146 W para velocidades de escape similares a las de un helicóptero, o el equivalente a cinco y doce baterías de iones de litio 18650, respectivamente.
Los investigadores dicen que su sistema práctico se puede integrar directamente en las salidas de escape existentes sin la necesidad de sistemas de refrigeración adicionales. A medida que aumenta la demanda de soluciones de energía limpia, añaden que este trabajo podría allanar el camino hacia la integración práctica de dispositivos termoeléctricos en vehículos de alta velocidad.
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