Gotas de agua que generan energía
Mié, 16/07/2014
El año pasado, investigadores del MIT descubrieron que cuando las gotas de agua de forma espontánea saltan lejos de superficies superhidrófobas durante la condensación, se puede obtener carga eléctrica en el proceso.
Ahora, el mismo equipo ha demostrado que este proceso puede generar pequeñas cantidades de electricidad que podría ser utilizada para alimentar dispositivos electrónicos.
Los nuevos hallazgos realizados por Nenad Miljkovic, profesor asociado de ingeniería mecánica y Evelyn Wang, se publican en la revista Applied Physics Letters.
Este enfoque podría conducir a dispositivos para cargar los teléfonos móviles u otros aparatos electrónicos utilizando sólo la humedad en el aire. Como beneficio adicional, el sistema también puede producir agua limpia.
El dispositivo en sí podría ser simple, Miljkovic dice, que consiste en una serie de placas de metal plana intercalados. Aunque sus pruebas iniciales se realizaron con placas de cobre, cualquier metal conductor podría ser utilizado, incluyendo el aluminio más barato.
En las pruebas iniciales, la cantidad de energía producida era extremadamente pequeña - sólo 15 picovatios, o una billonésima de vatio por centímetro cuadrado de la placa de metal. Pero Miljkovic dice que el proceso podría ser fácilmente ajustado para lograr al menos 1 microwatt o millonésima de vatio, por centímetro cuadrado. Tal resultado sería comparable a la de otros sistemas que se han propuesto para el calor residual de la cosecha, vibraciones, o de otras fuentes de energía del ambiente, y representa una cantidad que podría ser suficiente para proporcionar potencia útil para dispositivos electrónicos en algunos lugares remotos.
Por ejemplo, Miljkovic ha calculado que en 1 microvatios por centímetro cuadrado, un cubo que mide alrededor de 50 centímetros de lado - del tamaño de un refrigerador típico - podría ser suficiente para cargar completamente un teléfono celular en aproximadamente 12 horas. Mientras que puede parecer lento, él dice, la gente en áreas remotas pueden tener pocas alternativas.
Hay algunas limitaciones: Debido a que el proceso se basa en la condensación, se requiere un ambiente húmedo, así como una fuente de temperaturas más frías que el aire circundante, tales como una cueva o río.
El sistema de Miljkovic se basa en el hallazgo de Wang de 2013 - en él intento desarrollar una superficie de transferencia de calor mejorado para ser utilizado como un condensador en aplicaciones tales como plantas de energía . Esto a veces hace que las gotas que saltan espontáneamente mejorando la transferencia de calor en un 30 por ciento con respecto a otras técnicas. Más tarde descubrieron que en ese proceso, las gotitas de salto ganan una pequeña carga eléctrica - lo que significa que el salto de obstáculos, y la transferencia de acompañamiento de calor, se podrían mejorar mediante una placa de metal en las inmediaciones cuya carga opuesta es atractiva para las gotas.
Ahora los investigadores han demostrado que el mismo proceso se puede utilizar para generar energía, simplemente utilizando en la segunda placa una superficie hidrófila. Como las gotas saltan, llevan la carga de una placa a la otra; Si las dos placas están conectadas a través de un circuito externo,la diferencia de carga puede ser aprovechada para proporcionar energía.
En un dispositivo práctico, dos conjuntos de placas de metal, como aletas en un radiador, se intercalan, por lo que estan muy cerca, pero sin contactar. El sistema funcionaría de forma pasiva, sin partes móviles.
Para la alimentación de sensores ambientales automatizados remotos, incluso una pequeña cantidad de energía podría ser suficiente; cualquier lugar donde se forma el rocío sería capaz de producir energía para unas pocas horas en la mañana."El agua se condensa fuera de la atmósfera, de manera natural", dice Miljkovic.
"La atmósfera es una enorme fuente de poder, y todo lo que necesita es una diferencia de temperatura entre el aire y el dispositivo", añade.
Chuanhua Duan, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Boston, que no participó en esta investigación, dice, "Este trabajo proporciona un nuevo enfoque para la recolección de energía, que se puede utilizar al poder de aparatos y dispositivos electrónicos pequeños." Y añade: "Obtener energía a partir de un proceso de condensación es definitivamente una idea novedosa, ya que la condensación se utiliza principalmente para la gestión térmica. ... Estudios recientes de la condensación en superficies superhidrófobas tienen un amplió campo de aplicaciones en la auto-limpieza y anti-hielo, pero nadie se ha correlacionado con la condensación de recolección de energía antes ".
La investigación, que incluyó también estudiante graduado del MIT Daniel Preston y ex postdoc Ryan Enright, ahora en Lucent Ireland Ltd., fue apoyado por el MIT Solid-State Solar-Thermal Energy Conversion Center (S3TEC), financiado por el Departamento de Energía de los EE.UU.; la Oficina de Investigación Naval; y la Fundación Nacional de Ciencia.
Ahora, el mismo equipo ha demostrado que este proceso puede generar pequeñas cantidades de electricidad que podría ser utilizada para alimentar dispositivos electrónicos.
Los nuevos hallazgos realizados por Nenad Miljkovic, profesor asociado de ingeniería mecánica y Evelyn Wang, se publican en la revista Applied Physics Letters.
Este enfoque podría conducir a dispositivos para cargar los teléfonos móviles u otros aparatos electrónicos utilizando sólo la humedad en el aire. Como beneficio adicional, el sistema también puede producir agua limpia.
El dispositivo en sí podría ser simple, Miljkovic dice, que consiste en una serie de placas de metal plana intercalados. Aunque sus pruebas iniciales se realizaron con placas de cobre, cualquier metal conductor podría ser utilizado, incluyendo el aluminio más barato.
En las pruebas iniciales, la cantidad de energía producida era extremadamente pequeña - sólo 15 picovatios, o una billonésima de vatio por centímetro cuadrado de la placa de metal. Pero Miljkovic dice que el proceso podría ser fácilmente ajustado para lograr al menos 1 microwatt o millonésima de vatio, por centímetro cuadrado. Tal resultado sería comparable a la de otros sistemas que se han propuesto para el calor residual de la cosecha, vibraciones, o de otras fuentes de energía del ambiente, y representa una cantidad que podría ser suficiente para proporcionar potencia útil para dispositivos electrónicos en algunos lugares remotos.
Por ejemplo, Miljkovic ha calculado que en 1 microvatios por centímetro cuadrado, un cubo que mide alrededor de 50 centímetros de lado - del tamaño de un refrigerador típico - podría ser suficiente para cargar completamente un teléfono celular en aproximadamente 12 horas. Mientras que puede parecer lento, él dice, la gente en áreas remotas pueden tener pocas alternativas.
Hay algunas limitaciones: Debido a que el proceso se basa en la condensación, se requiere un ambiente húmedo, así como una fuente de temperaturas más frías que el aire circundante, tales como una cueva o río.
El sistema de Miljkovic se basa en el hallazgo de Wang de 2013 - en él intento desarrollar una superficie de transferencia de calor mejorado para ser utilizado como un condensador en aplicaciones tales como plantas de energía . Esto a veces hace que las gotas que saltan espontáneamente mejorando la transferencia de calor en un 30 por ciento con respecto a otras técnicas. Más tarde descubrieron que en ese proceso, las gotitas de salto ganan una pequeña carga eléctrica - lo que significa que el salto de obstáculos, y la transferencia de acompañamiento de calor, se podrían mejorar mediante una placa de metal en las inmediaciones cuya carga opuesta es atractiva para las gotas.
Ahora los investigadores han demostrado que el mismo proceso se puede utilizar para generar energía, simplemente utilizando en la segunda placa una superficie hidrófila. Como las gotas saltan, llevan la carga de una placa a la otra; Si las dos placas están conectadas a través de un circuito externo,la diferencia de carga puede ser aprovechada para proporcionar energía.
En un dispositivo práctico, dos conjuntos de placas de metal, como aletas en un radiador, se intercalan, por lo que estan muy cerca, pero sin contactar. El sistema funcionaría de forma pasiva, sin partes móviles.
Para la alimentación de sensores ambientales automatizados remotos, incluso una pequeña cantidad de energía podría ser suficiente; cualquier lugar donde se forma el rocío sería capaz de producir energía para unas pocas horas en la mañana."El agua se condensa fuera de la atmósfera, de manera natural", dice Miljkovic.
"La atmósfera es una enorme fuente de poder, y todo lo que necesita es una diferencia de temperatura entre el aire y el dispositivo", añade.
Chuanhua Duan, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Boston, que no participó en esta investigación, dice, "Este trabajo proporciona un nuevo enfoque para la recolección de energía, que se puede utilizar al poder de aparatos y dispositivos electrónicos pequeños." Y añade: "Obtener energía a partir de un proceso de condensación es definitivamente una idea novedosa, ya que la condensación se utiliza principalmente para la gestión térmica. ... Estudios recientes de la condensación en superficies superhidrófobas tienen un amplió campo de aplicaciones en la auto-limpieza y anti-hielo, pero nadie se ha correlacionado con la condensación de recolección de energía antes ".
La investigación, que incluyó también estudiante graduado del MIT Daniel Preston y ex postdoc Ryan Enright, ahora en Lucent Ireland Ltd., fue apoyado por el MIT Solid-State Solar-Thermal Energy Conversion Center (S3TEC), financiado por el Departamento de Energía de los EE.UU.; la Oficina de Investigación Naval; y la Fundación Nacional de Ciencia.