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Enfriamiento twistcalórico Una nevera que enfría con fibras superenrolladas

La refrigeración por materiales que se enfrían al deformarse, un poco más cerca.

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Imágenes térmicas y ópticas de una fibra de goma natural arrollada y estirada (arriba) y después de estirarla (abajo), que muestran el enfriamiento./ UNIVERSITY OF TEXAS AT DALLAS

Retorcer fibras para luego estirarlas y dejarlas volver a su estado original es una forma de refrigeración que presenta posibilidades sugerentes, dicen investigadores chinos y estadounidenses. El método de enfriamiento twistcalórico, como se podría traducir recordando el famoso baile de los sesenta, puede llegar a reemplazar parcialmente y de forma más ecológica a la refrigeración convencional, que se asienta en un ciclo de expansión y contracción de gases de efecto invernadero y que representa ya el 20% de la energía consumida en el mundo.

El efecto en que se basa este nuevo método es conocido hace tiempo y muy fácil de comprobar en algunos de los materiales llamados mecanocalóricos, que son sólidos que se calientan o enfrían por deformación física. Si se estira mucho una goma (la típica fina banda anular para recoger el pelo, entre otros usos) se puede sentir al tacto que está más caliente que cuando se deja de estirar. En este caso se llama efecto elastocalórico.

Sin embargo, ahora se ha comprobado que si las fibras se retuercen mucho, hasta que se arrollan, antes de estirarlas, el efecto de transferencia de calor al soltarlas es bastante mayor que con el simple estiramiento y se puede empezar a pensar en aplicaciones prácticas de refrigeración. Los experimentos se han hecho con caucho natural, hilo de pescar de polietileno y cable de nitinol (aleación de níquel y titanio con memoria de forma) pero probablemente haya otros materiales mejores, señalan los autores del trabajo, que se publica en Science.

Los científicos explican que la refrigeración torsional por fibras retorcidas, arrolladas y superarrolladas, como llaman a su método, demostró su capacidad de enfriar ocho grados centígrados y en pocos segundos una corriente de agua en un pequeño dispositivo que construyeron con cable de nitinol. Por otra parte, al destrenzar los diferentes alambres del cable por métodos mecánicos también se consiguió un gran enfriamiento reversible, que puede llegar a los 20 grados centígrados para uno de cuatro cabos.

El tema admite variantes, las fibras se pueden retorcer y arrollar hasta formar bobinas y superbobinas y los efectos son distintos. “Si empleamos sentidos opuestos para retorcer y para arrollar producimos fibras que se enfrían cuando se estiran”, añade Ray Baughman, de la Universidad de Texas en Dallas (EE UU), codirector del trabajo. “Este es un comportamiento inusual ya que los materiales normales se calientan cuando se estiran”.

En los experimentos, en las fibras que se arrollaron y estiraron aumentó hasta 15 grados centígrados la temperatura superficial, lo mismo que bajó cuando dejaron de estarlo. “Al soltar el estiramiento de una fibra arrollada se convierte parcialmente una fase de baja entropía en una de alta entropía y este cambio de fase es lo que causa el enfriamiento “twistcalórico””, en palabras de Zunfeng Liu, de la Universidad Nankai en Tianjín (China), segundo codirector del estudio.

Al comparar el comportamiento de las fibras en un tanque de agua, se comprobó que la energía transferida era ocho veces la empleada para retorcerlas y arrollarlas, un nivel de eficiencia comparable a los refrigerantes convencionales, explica la revista. Como en tantos otros temas tecnológicos, lo importante ahora es conseguir que estos efectos se puedan replicar a escalas mayores para su aplicación práctica. “Hay tanto problemas como oportunidades en el camino desde estos descubrimientos iniciales a la comercialización de neveras twist para aplicaciones diversas a gran y pequeña escala”, resume Baughman. Entre los problemas a resolver está el de hacer sistemas más eficientes recuperando parte de la energía mecánica que se introduce para retorcer y estirar las fibras.