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Materiales Termoeléctricos

Estos materiales, que generan electricidad a partir de cambios de temperatura, cuentan con aplicaciones que permiten un mayor aprovechamiento de los recursos energéticos…

Efecto Termoeléctrico

En lugares cálidos los materiales termoeléctricos se emplean como medio para refrigerar los asientos…

En lugares cálidos los materiales termoeléctricos se emplean como medio para refrigerar los asientos…

Los dispositivos termoeléctricos se basan en el hecho de que cuando ciertos materiales son calentados, generan un voltaje eléctrico significativo. Por el contrario, cuando se les aplica un voltaje, se vuelven más calientes en un lado, y más fríos en el otro. Los electrones se mueven del extremo caliente del material al extremo frío, creando electrodos positivos y negativos y con ello el voltaje eléctrico.

Este efecto, conocido como Peltier–Seebeck, es reversible. Esto no se produce en todos los materiales ya que, por ejemplo, el filamento de las bombillas incandescentes produce calor al aplicarle una diferencia de voltaje (efecto Joule), pero no es un efecto reversible.

Materiales Termoeléctricos

El proceso de termoelectricidad sólo ocurre en ciertos materiales, especialmente bien en los semiconductores (los materiales con los que se fabrican los chips). El problema fundamental para crear materiales termoeléctricos eficientes es que necesitan ser muy buenos transmitiendo la electricidad, pero no el calor.

Actualmente, los materiales termoeléctricos tienen un bajo rendimiento energético, sólo un 6 por ciento. Una nueva generación de materiales, en lo que se añade antimonio y plomo al semiconductor de teluro de plomo, produce un material termoeléctrico que es más eficiente en las altas temperaturas que los materiales existentes, alcanzando el 14 por ciento de eficiencia. La meta a largo plazo es alcanzar el 20 por ciento de eficiencia.

Demostración sencilla del efecto Seebeck…

La clave para hacerlos más prácticos ha sido crear materiales semiconductores especiales en los cuales se crearon diminutos patrones para alterar el comportamiento de los materiales. Esto puede incluir la incorporación de nanopartículas o nanocables en una matriz de otro material. Estas estructuras nanométricas interfieren con el flujo de calor pero permiten a la electricidad fluir libremente.

Las botas Power Wellies recargan el móvil con la termoelectricidad generada por el calor de los pies…

Las botas Power Wellies recargan el móvil con la termoelectricidad generada por el calor de los pies…

Aplicaciones

La tecnología termoeléctrica actual sólo se usa en campos muy especializados, como la refrigeración de estado sólido, porque los materiales no son muy eficientes. Un ejemplo es el enfriamiento de asientos de automóviles en climas cálidos. Los dispositivos, similares a los calentadores de asientos, proporcionan confort directamente al individuo, en vez de enfriar el automóvil entero, ahorrando costos de climatización y de energía. Otra aplicación curiosa son las botas que emplean la termoelectricidad generada por el calor de los pies para cargar el teléfono móvil.

Los motores de combustión interna actuales sólo aprovechan un 25% de la energía liberada en la combustión. Las células fotovoltaicas tienen un rendimiento máximo de un 15%. Sin embargo, los nuevos materiales permiten ahorros substanciales de energía al poderse fabricar motores más eficientes. Las nuevas células fotovoltaicas híbridas permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Los dispositivos electrónicos también aprovechar el calor radiado en termoelectricidad.

Otro de los usos de estos nuevos materiales podría se en la conversión del calor desechado de los reactores nucleares, en el enfriamiento de los productos obtenidos de los altos hornos o en la extracción de crudo de las plataformas petrolíferas. A su vez, la compañía Fujitsu ha desarrollado un dispositivo híbrido capaz de generar electricidad utilizando dos fuentes de energía natural simultáneamente: luz y calor. Esta nueva generación de dispositivos hará posible mantener la producción de energía a todas horas, reemplazando una fuente cuando la otra no esté disponible…

Referencias:
http://www.egmrs.org/EJS/PDF/vo271/1.pdf
http://www.solociencia.com/quimica/07123103.htm
http://www.amazings.com/ciencia/noticias/121108e.html

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