Tendencias21
Es posible convertir el agua hirviendo en hielo sin consumo de energía

Es posible convertir el agua hirviendo en hielo sin consumo de energía

Investigadores suizos han desarrollado un dispositivo que, en teoría, podría convertir el agua hirviendo en hielo sin necesidad de energía. Enfrió una pieza de cobre que estaba a más de 100°C hasta una temperatura inferior a la del ambiente, sin alimentación externa.

Es posible convertir el agua hirviendo en hielo sin consumo de energía

Físicos de la Universidad de Zúrich han desarrollado un dispositivo sorprendentemente simple que permite que el calor fluya temporalmente desde un objeto frío a uno caliente sin una fuente de alimentación externa. El proceso, aunque parece contradecir las leyes fundamentales de la Física, en realidad no es así.

Los investigadores lograron enfriar una pieza de cobre de nueve gramos que estaba a más de 100°C hasta una temperatura significativamente inferior a la de la habitación sin una fuente de alimentación externa. «En teoría, este dispositivo experimental podría convertir el agua hirviendo en hielo, sin usar energía», dice Andreas Schilling, uno de los investigadores, en un comunicado.

Si se coloca una tetera con agua hirviendo sobre la mesa de la cocina, se enfriará gradualmente. No se espera que su temperatura descienda por debajo de la temperatura ambiente.

Esta experiencia cotidiana ilustra una de las leyes fundamentales de la Física, la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía (grado de desorden molecular) de un sistema natural cerrado debe aumentar con el tiempo. O, más sencillamente: el calor puede fluir solo de un objeto más cálido a uno más frío, y nunca al revés.

Bomba de calor termoeléctrica

En este experimento, cuyos resultados se publican en Science Advances, los investigadores utilizaron un enfriador termoeléctrico  Peltier. Se trata de un aparato comercial que genera una diferencia de temperatura entre sus caras al ser atravesado por una corriente eléctrica: una de sus caras se enfría, mientras que la otra se calienta.

El enfriamiento Peltier es llamado enfriamiento termoeléctrico y se usa generalmente, por ejemplo, para enfriar los minibares en las habitaciones de los hoteles.

Los investigadores ya habían utilizado el enfriamiento Peltier en experimentos anteriores,  para crear una corriente de calor oscilante: el flujo de calor entre dos cuerpos cambiaba de dirección de manera perpetua.

En este escenario, el calor también fluye temporalmente desde un objeto más frío a uno más cálido, de modo que el objeto más frío se enfría aún más. Sin embargo, hasta ahora, el equipo de Schilling solo había operado este circuito oscilante térmico utilizando una fuente de energía.

Ahora han demostrado por primera vez que este tipo de circuito oscilante térmico también puede ser operado «pasivamente», es decir, sin una fuente de energía de alimentación externa.

Con la termodinámica

A pesar de este resultado, los autores pudieron demostrar que el proceso en realidad no contradice ninguna ley de la Física. Para probarlo, consideraron el cambio en la entropía de todo el sistema y mostraron que aumentó con el tiempo, tal como establece la segunda ley de la termodinámica. Es decir, el resultado obtenido no altera el estado del sistema.

Aunque el equipo registró una diferencia de solo unos 2°C en comparación con la temperatura ambiente en el experimento, esto se debió principalmente a las limitaciones de rendimiento del elemento Peltier utilizado.

Según Schilling, en teoría sería posible lograr un enfriamiento de hasta -47°C en las mismas condiciones, si se pudiera utilizar el elemento Peltier «ideal», que todavía no existe. «Con esta tecnología muy simple, las cantidades de materiales sólidos, líquidos o gaseosos calientes podrían enfriarse a una temperatura muy por debajo de la temperatura ambiente sin ningún consumo de energía».

El circuito térmico pasivo también se podría usar tantas veces como se desee, sin necesidad de conectarlo a una fuente de alimentación. Sin embargo, Schilling admite que una aplicación a gran escala de la técnica está todavía muy lejos de conseguirse.

Una explicación es que los elementos Peltier actualmente disponibles no son lo suficientemente eficientes. Además, la configuración actual requiere el uso de inductores superconductores para minimizar las pérdidas eléctricas.

El físico de UZH considera, sin embargo, este trabajo como más significativo que un mero estudio de «prueba de principio»: «A primera vista, los experimentos parecen ser una especie de magia termodinámica, que desafía en cierta medida nuestras percepciones tradicionales del flujo de calor.”

Referencia

Heat flowing from cold to hot without external intervention by using a “thermal inductor”. A. Schilling et al. Science Advances,  19 Apr 2019: Vol. 5, no. 4, eaat9953. DOI:10.1126/sciadv.aat9953

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • El cerebro puede ver después de un accidente cerebrovascular 12 febrero, 2022
    Los ojos pueden seguir viendo después de un accidente cardiovascular, pero el cerebro dañado no puede interpretar las señales visuales. Una rehabilitación personalizada podría conseguir la recuperación de la visión.
    Redacción T21
  • El núcleo interno de la Tierra presenta un estado entre líquido y sólido 11 febrero, 2022
    Los físicos han sostenido durante mucho tiempo que el núcleo interno de la Tierra es sólido, pero un nuevo estudio sugiere que se encuentra en un punto intermedio entre sólido y líquido, un descubrimiento que podría arrojar luz sobre algunos de los secretos más profundos del planeta.
    Pablo Javier Piacente
  • Algoritmos para calcular la complejidad de un planeta podrían revelar la vida extraterrestre 11 febrero, 2022
    Un procedimiento aritmético aplicado a una serie de algoritmos podría ser la llave para descubrir la vida extraterrestre: al medir la complejidad de un planeta tomando determinados datos e imágenes, identifica a los mejores “candidatos” a albergar vida. 
    Pablo Javier Piacente
  • Puede haber muchos más planetas habitables a 4,22 años luz de la Tierra 11 febrero, 2022
    La confirmación de un tercer planeta orbitando Próxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sol, indica que seguramente habrá más mundos en zona de habitabilidad a solo 4,22 años luz de la Tierra.
    Redacción T21
  • Humanos y neandertales vivieron juntos al sur de Francia hace 54.000 años 11 febrero, 2022
    El homo sapiens habitó Europa hace al menos 54.000 años, 10.000 años antes de lo que se había documentado hasta ahora, y compartió con los extintos neandertales una cueva del sur de Francia al menos durante miles de años.
    Redacción T21
  • Una molécula intestinal despierta el hambre de amor 10 febrero, 2022
    Los investigadores encontraron que los alimentos ricos en proteínas desencadenan la liberación de la hormona diurética 31, o "Dh31". Esta molécula de señalización, que se libera del tracto gastrointestinal en las moscas.de la fruta, genera una serie de reacciones que culminan en la transición de la alimentación al apareamiento: después de comer, las moscas quieren […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un láser puede enviar una nave espacial a Marte en 45 días 10 febrero, 2022
    Un láser ubicado en la Tierra podría impulsar a una nave espacial y hacerla llegar a la atmósfera marciana en un mes y medio, gracias al calentamiento de plasma de hidrógeno. Detenida en la atmósfera de Marte, la nave acercaría suministros para los asentamientos humanos en el planeta rojo.
    Pablo Javier Piacente
  • Sergio Miguel Tomé: el universo es un sistema computacional 10 febrero, 2022
    Una nueva teoría afirma que un sistema computacional oculto bajo las leyes naturales rige el funcionamiento del universo. El nuevo paradigma, además de afectar a la física porque modifica el concepto de fenómeno físico, también tiene implicaciones para las matemáticas y las ciencias cognitivas. Para desarrollarlo se necesita una investigación de físicos e informáticos.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Científicos europeos consiguen un nuevo récord mundial de energía 10 febrero, 2022
    Utilizando el combustible de futuras plantas de energía de fusión, los científicos de JET en Oxford han duplicado con creces el récord histórico de 1997: obtuvieron 59 megajulios de energía y una potencia de salida de poco más de 11 megavatios durante cinco segundos.
    IPP/T21
  • Los europeos contemporáneos son genéticamente esteparios 9 febrero, 2022
    La ascendencia de la estepa en composición genética europea contemporánea ha contribuido a una constitución fuerte, con una estatura alta y una mayor circunferencia de la cadera y la cintura, pero también a un mayor nivel de colesterol en la sangre, según un estudio.
    Pablo Javier Piacente