Idea clave y materiales candidatos para un efecto termoelástico grande (TEE). Crédito: HKUST
Investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han desarrollado una nueva aleación elástica llamada TI78NB22, que logra una eficiencia notable para el bombeo de calor en estado sólido y exhibe una capacidad de cambio de temperatura reversible (ΔT) que es 20 veces mayor que la de los metales convencionales cuando se estiran o se compresan con una alternativa de vapor de vapor tradicional a la alternativa tradicional a la vapor de vapor tradicional.
El estudio se publica en Nature Communications, en un artículo titulado “Efecto termoelástico grande en la fase martensítica de las aleaciones ferroelásticas para el bombeo de calor de alta eficiencia”.
Casi la mitad de la energía del mundo se consume para la calefacción, incluida la calefacción del distrito en el sector de la construcción y la calefacción de procesos en varios sectores industriales.
Actualmente, la demanda de calor global es suministrada principalmente por la quema de combustibles fósiles, que producen una gran cantidad de gases de efecto invernadero y consumen energía significativa. El uso de bombas de calor basadas en transiciones de fase de estado sólido es un enfoque más ecológico, pero su eficiencia energética sigue siendo solo del 50-70% del límite de Carnot. Lograr el bombeo de calor más eficiente y ecológico sigue siendo un desafío global.
El Prof. Sun Qingping (izquierda) y el asistente de investigación, el Prof. Li Qiao (derecha), ambos del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de HKUST, demuestran su recientemente desarrollada aleación elástica de Ti₇₈nb₂₂. Crédito: HKUST
Para abordar este desafío, el Prof. Sun Qingping del equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial (MAE) ha propuesto un nuevo enfoque de bomba de calor que utiliza el calor generado por la deformación elástica, conocido como el efecto termoelástico (TEE).
Aunque la Tee fue descubierta por los científicos Kelvin, Joule y Duhamel en el siglo XIX, durante mucho tiempo se consideró demasiado débil para aplicaciones prácticas.
El equipo del Prof. Sun luego fabricó un policristal martensítico de TI78NB22, que, cuando se sometió a una deformación elástica lineal para el bombeo de calor, exhibe un cambio de temperatura reversible (ΔT) de 4–5 K-20 veces mayor que los metales convencionales, que típicamente cambian solo alrededor de 0.2 K.
Cambio de temperatura absoluta prevista en diferentes cristales martensíticos. Crédito: HKUST
Sorprendentemente, esta aleación logra aproximadamente el 90% del límite de eficiencia de Carnot en un ciclo de bomba de calor, lo que lo hace altamente competitivo con los refrigerantes utilizados en las bombas de calor comerciales de compresión de vapor.
Además, la investigación del equipo indica que ciertas aleaciones ferroelásticas podrían desarrollarse con una expansión térmica aún más alta, logrando cambios de temperatura de hasta 22 K. Este trabajo brinda una oportunidad prometedora para la industria de bombeo de calor verde y presenta la primera solución basada en la transición no fase para el suministro de calor de alta eficiencia ecológico.
El Prof. Sun dijo: “Este descubrimiento cambia la percepción de larga data y bien establecida de que el efecto termoelástico es demasiado débil para ser útil. Nuestra investigación demuestra que la deformación elástica lineal por sí sola puede usarse para el bombeo de calor altamente eficiente en la energía”.
El Dr. Li Qiao, el primer autor de este estudio e investigador, profesor asistente del mismo departamento, agregó: “A medida que se intensifican los esfuerzos de descarbonización global, esta tecnología proporciona una solución transformadora para reemplazar la calefacción basada en combustibles fósiles. Actualmente estamos desarrollando bombas de calor prototipo utilizando la aleación para aplicaciones industriales”.
Más información: Qiao Li et al, gran efecto termoelástico en fase martensítica de aleaciones ferroelásticas para bombeo de calor de alta eficiencia, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-59720-3
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
Cita: la nueva aleación elástica logra un cambio de temperatura de 20X y un 90% de eficiencia de carnot en el bombeo de calor en estado sólido (2025, 26 de mayo) Recuperado el 26 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-elastic-alloy-20x-temperature-carnot.html
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