Mariano López de Haro
Representación esquemática del efecto Seebeck (a), efecto
Peltier (b), y el de un dispositivo termoeléctrico (c).
La ciencia ha sido un pilar fundamental en el desarrollo de tecnologías que transforman nuestra forma de vivir. Un ejemplo fascinante de esto es la termoelectricidad, un fenómeno que, aunque descubierto en el siglo XIX, sigue siendo objeto de estudio y desarrollo en la actualidad. Para adentrarnos en este interesante campo, nos fuimos a Temixco, Morelos, a buscar al doctor Mariano López de Haro, investigador del Instituto de Energías Renovables, de la UNAM.
La termoelectricidad es la generación de electricidad a partir de una diferencia de temperatura o, inversamente, la generación de una diferencia de temperatura mediante la aplicación de una corriente eléctrica.
Este fenómeno, en su tiempo revolucionario, fue descubierto por científicos como el físico alemán Thomas Johann Seebeck (1770/ 1831), el destacado científico francés Jean-Charles Peltier (1785/1845) y el matemático y físico británico William Thomson, mejor conocido como Lord Kelvin (1824/1907).
Estos científicos identificaron que, cuando ciertos materiales son expuestos a diferencias de temperatura, se genera un voltaje proporcional. De igual manera, descubrieron que al aplicar un voltaje a estos materiales, es posible generar una diferencia de temperatura, lo que sienta las bases de lo que hoy conocemos como refrigeración termoeléctrica.
Refiriéndonos en particular a Lord Kelvin, quizás algunas personas se acordarán de los refrigeradores Kelvinator; no sé si todavía exista la marca. Además, Lord Kelvin encontró una cosa maravillosa: el cero absoluto. De ahí surgen los grados Kelvin.
Aunque la termoelectricidad fue descubierta en el siglo XIX, sus aplicaciones actuales son diversas y prometedoras. Una de las aplicaciones más interesantes es en el ámbito de la exploración espacial.
Los generadores termoeléctricos son utilizados en misiones espaciales para convertir el calor, como el generado por la desintegración de materiales radiactivos, en electricidad.
Esta tecnología permite alimentar instrumentos y sistemas a bordo de naves espaciales sin necesidad de partes móviles, lo que reduce la posibilidad de fallas mecánicas.
En la Tierra, la termoelectricidad se utiliza en la refrigeración.
Los refrigeradores termoeléctricos, aunque menos comunes que los tradicionales, ofrecen la ventaja de no utilizar compresores ni gases de efecto invernadero, lo que los hace más amigables con el medio ambiente.
Además, los circuitos integrados y la electrónica avanzada también aprovechan la refrigeración termoeléctrica para mantener dispositivos a temperaturas óptimas de funcionamiento.
Los generadores termoeléctricos también son útiles en la refrigeración de centrales nucleares.
A pesar de sus beneficios, la termoelectricidad enfrenta diversos retos, y es la eficiencia uno de los principales.
Los generadores termoeléctricos actuales tienen una eficiencia de conversión que oscila entre el
1 % y el 10 %, lo que limita su uso a aplicaciones donde la eficiencia no es el factor crítico, como en el caso las misiones espaciales.
Sin embargo, para la generación de energía en la Tierra, esta eficiencia es insuficiente.
El futuro de la termoelectricidad depende en gran medida de la ciencia de materiales. Investigadores de todo el mundo están trabajando en desarrollar nuevos materiales que sean más eficientes y económicos. Si se logra aumentar la eficiencia de conversión al 15 % o 20 %, la termoelectricidad podría convertirse en una tecnología clave para la generación de energía y la refrigeración.
La termoelectricidad es un campo que combina lo mejor de la física y la ingeniería para ofrecer soluciones innovadoras a los desafíos energéticos y ambientales de nuestro tiempo.
Si bien enfrenta obstáculos significativos, el progreso en la investigación de materiales y la comprensión teórica de los fenómenos involucrados promete abrir nuevas oportunidades.
En un mundo que busca fuentes de energía más limpias y eficientes, la termoelectricidad podría jugar un papel crucial en la próxima revolución energética.
Mariano López de Haro
Representación esquemática del efecto Seebeck (a), efecto
Peltier (b), y el de un dispositivo termoeléctrico (c).
Unidad de refrigeración comercial termoeléctrica de placa fría de
aluminio de Peltier de 50 W 24 V CC.
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