Un equipo de investigadores de la Universidad de Nagoya, en Japón, ha desarrollado una tubería de calor en bucle (LHP) que puede transportar hasta 10 kW de calor sin necesidad de electricidad. Esta capacidad de transporte de calor es la más grande del mundo.
La LHP del grupo tiene como objetivo contribuir al ahorro de energía y a la neutralidad de carbono en diversos campos, incluyendo la recuperación de calor residual industrial, la utilización de calor solar, la gestión térmica de vehículos eléctricos (VE) y la refrigeración de centros de datos. Los hallazgos se detallan en la International Journal of Heat and Mass Transfer.
Esta LHP supera la capacidad de la tubería de calor en bucle más grande desarrollada anteriormente debido a mejoras en la estructura del evaporador. Estas mejoras han permitido una reducción del 18% en su tamaño, un aumento de 1,6 veces en la capacidad de transporte de calor, y una mejora de cuatro veces en la eficiencia de transferencia de calor en comparación con la LHP previa desarrollada por la Universidad de Nagoya.
Las LHPs han sido utilizadas en vuelos espaciales tripulados, vehículos eléctricos, satélites meteorológicos y electrodomésticos.
«Esta LHP es inédita en su capacidad para transportar tal cantidad de calor sin electricidad, logrando el mayor transporte de calor sin electricidad en el mundo,» dijo el profesor Hosei Nagano, investigador principal involucrado en el proyecto.
«Esto elimina la necesidad de la electricidad que antes consumían las bombas mecánicas convencionales, permitiendo un transporte de calor casi perpetuo sin electricidad.«
Aplicaciones en la Industria y Sostenibilidad
La industria de los vehículos eléctricos está viendo una creciente demanda de métodos de enfriamiento energéticamente eficientes debido a la creciente conciencia de las empresas sobre su huella de carbono. Las LHPs ayudan a los VEs a mejorar la eficiencia general al proporcionar enfriamiento sin necesidad de electricidad, reduciendo así la demanda de energía eléctrica.
«Para los vehículos eléctricos, mantener la temperatura del inversor es crucial para un rendimiento óptimo«, explicó Shawn Somers-Neal, un estudiante de posgrado involucrado en el proyecto.
«Los métodos de enfriamiento tradicionales para inversores requieren energía, pero nuestra LHP mantiene la temperatura sin electricidad. Esto conduce a un aumento en la eficiencia, mientras que es capaz de manejar las altas cargas térmicas requeridas en la industria.«
En una LHP, se utiliza un fluido de trabajo y un material poroso llamado mecha para transportar el calor de manera eficiente a largas distancias. La mecha atrae el fluido de trabajo a la superficie mediante acción capilar.
Cuando se aplica calor al evaporador, el fluido en la superficie de la mecha absorbe el calor y se convierte en vapor. Este vapor viaja al condensador, donde libera el calor y se condensa nuevamente en líquido. Luego, el líquido regresa a la cámara de compensación, donde entra en contacto con la mecha nuevamente, que lo atrae de vuelta a la superficie y continúa el ciclo de enfriamiento.
Innovaciones Técnicas y Eficiencia Mejorada
El grupo mejoró la sección de la mecha de la LHP haciéndola más delgada, larga y ancha, mientras preservaba sus propiedades porosas de alta calidad. También mejoraron las capacidades de transporte de calor al estrechar los canales que permiten que el vapor escape del evaporador y al añadir canales adicionales en los laterales, aumentando así el número total de canales.
«La singularidad de la tubería de calor en bucle (LHP) radica en la forma, calidad y tamaño de la mecha, así como en el rendimiento general de la LHP. Por lo general, al hacer mechas más grandes, la calidad disminuye, pero la calidad de esta mecha es similar a la de mechas más pequeñas,» explica el profesor Nagano.
«La mecha tiene núcleos que ayudan a reducir el grosor, lo que lleva a una menor caída de presión y temperaturas de funcionamiento más bajas.«
La LHP recién desarrollada demostró una eficiencia de transferencia de calor superior a cuatro veces la de las LHPs existentes durante las pruebas. El diseño fue tan efectivo que transportó calor residual a una distancia de 2.5 metros sin energía, utilizando la fuerza capilar generada por la mecha. Esto estableció un récord para el transporte de calor sin electricidad.
«Se espera que esta tecnología pionera de LHP revolucione la conservación de energía y la neutralidad de carbono en múltiples campos, incluyendo la recuperación de calor residual en fábricas, la utilización de calor solar, la gestión térmica de vehículos eléctricos y la refrigeración de centros de datos,» comentó Somers-Neal.
Implicaciones Ambientales y Futuro Sostenible
La recuperación efectiva del calor residual en fábricas marca un paso significativo hacia soluciones energéticas sostenibles. En un contexto donde la crisis climática exige innovaciones radicales para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, la aplicación de tecnologías como la LHP puede jugar un papel crucial en la transición hacia fuentes de energía más limpias y eficientes.
Además, la capacidad de esta tecnología para operar sin electricidad abre nuevas posibilidades en áreas remotas o en aplicaciones donde la disponibilidad de energía eléctrica es limitada o costosa. Por ejemplo, podría integrarse en sistemas de aprovechamiento de calor solar en regiones desérticas o en infraestructuras aisladas, mejorando la eficiencia energética y reduciendo la dependencia de combustibles fósiles.
Finalmente, el uso de LHPs en centros de datos puede ayudar a reducir el impacto ambiental de la creciente demanda de almacenamiento y procesamiento de datos, una necesidad que crece exponencialmente con la digitalización global.
El desarrollo de esta tubería de calor en bucle representa un avance significativo hacia un futuro más sostenible, demostrando que es posible lograr grandes mejoras en la eficiencia energética sin aumentar el consumo de recursos naturales.
Vía www.nagoya-u.ac.jp
