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Un motor que aprovecha las ondas sonoras
Una empresa de nueva creación ha desarrollado un nuevo tipo de motor que podría generar electricidad con la eficiencia de una pila de combustible, pero que cuesta solo lo mismo que un motor de combustión interna.
Barrera del sonido: Este prototipo de motor utiliza termoacústica para convertir el calor en electricidad.
Etalim , con sede en Vancouver, Canadá, dice que su motor, aproximadamente del tamaño de una pelota de baloncesto, podría mejorar la economía de la producción de electricidad para la cogeneración de energía y calor en los hogares, y como una forma de aprovechar el calor producido en los colectores solares de concentración. La compañía ha creado un prototipo, pero aún no ha logrado el tipo de eficiencia (superior al 40 por ciento) que sus modelos informáticos indican que están al alcance.
El dispositivo comparte algunos principios de un motor Stirling, en el que se utiliza una fuente de calor externa para expandir una cantidad fija de gas de trabajo (generalmente helio), que luego se contrae cuando se empuja a un espacio más frío. Este ciclo de expansión-contracción se repite, convirtiendo el calor en trabajo mecánico al accionar un pistón.
El director ejecutivo de Etalim, Ron Klopfer, dice que un problema fundamental con los motores Stirling es que necesitan funcionar a temperaturas y presiones muy altas para ser eficientes, lo que dificulta mantener el gas sellado dentro del cilindro que recubre el pistón. A estas temperaturas, no se pueden utilizar los métodos tradicionales de sellado, dice. No puedes usar goma, lubricantes. Debe ser metal seco sobre metal, y esas son piezas muy caras y de alta precisión que generan altos costos.
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Vea cómo funciona el motor.
El fundador y científico jefe de Etalim, Thomas Steiner, vio la oportunidad de eliminar todas las piezas frotantes y los sellos que son propensos al desgaste y las fugas mediante el uso de un diseño basado en termoacústica, que emplea calor para controlar la intensidad de las ondas sonoras dentro de una cavidad sellada.
Dentro del núcleo del motor de Etalim hay una placa de metal que reemplaza la función de un pistón en un motor Stirling convencional. Cuando se calienta el helio presurizado en la parte superior de la placa de metal, las ondas de sonido que viajan a través del gas se amplifican, lo que hace que la placa vibre y un diafragma de metal debajo (separado por una capa más fría de helio) empuje hacia abajo un eje. Se elimina toda la fricción mecánica. El eje está conectado a un alternador que produce electricidad.
La vibración de la placa solo mueve el eje dos décimas de milímetro por ciclo, por lo que no se mueve mucho helio con cada ciclo. Pero el motor alcanza unos rápidos 500 ciclos por segundo. Si usa alta frecuencia, puede obtener más potencia, dice Greg Swift, un experto en termoacústica en Los Alamos National Laboratories que vio una primera versión del motor de Etalim. Steiner realmente ha hecho un buen trabajo al tomar una dirección [de diseño] diferente y no cometer errores.
La empresa tiene metas ambiciosas. Un primer prototipo, completado el año pasado, demostró que el concepto funciona, pero se utilizó un calor relativamente bajo, por lo que su eficiencia fue solo del 10 por ciento. Se espera un segundo prototipo que apunta a una eficiencia del 20 al 30 por ciento a 500 ° C esta primavera.
Un producto comercial con un 40 por ciento de eficiencia funcionando a 700 ° C está previsto para 2012. Inicialmente se venderá como un competidor más barato y duradero de las pilas de combustible utilizadas para la cogeneración residencial. La compañía cree que puede fabricar el motor por menos de $ 1 por vatio y tiene un objetivo a largo plazo de 15 centavos por vatio, lo que lo haría menos costoso que un motor de combustión interna comparable.
Todo lo que nos lleve al 40 por ciento de eficiencia está en línea con lo que hemos visto en nuestro prototipo hasta ahora, dice Klopfer, y agrega que el 50 por ciento es el objetivo a más largo plazo. Para pasar del 40 por ciento al 50 por ciento, necesitamos elevar la temperatura a 1000 ° C, y eso requiere algo de uso de cerámica.
Mike Hayden , profesor de física en la Universidad Simon Fraser, dice que el diseño de Etalim es prometedor, pero quedan muchos trabajos de ingeniería por delante para demostrar que el dispositivo puede soportar altas temperaturas y lograr el tipo de eficiencia que lo haría destacar. Pero no hay duda de que estos muchachos tienen algo interesante, dice.