They really are the most energy efficient way to heat and cool things, but the study of caloric cooling represents the potential for a new, solid-state-esque approach to managing heat. Yup, solid state. That comes with the possibility of achieving significantly higher efficiencies without refrigerants. Caloric cooling holds massive implications for the way we cool our homes, our vehicles, and maybe even ourselves. So, how does it all work? And why does it have the potential to completely change climate control?
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TecnologíaTranscripción
00:00Yo hablo mucho de las puertas de calor.
00:02Es la manera más eficiente de calentar y calentar las cosas.
00:06Pero no es la única manera.
00:08En los últimos años, hay otra forma de calentamiento que se está concentrando.
00:12Y puede ser en estos pequeños cables que se mueven.
00:14Al principio puede parecer un poco abstracto,
00:16pero la estudia de calentamiento calórico muestra la posibilidad de un nuevo modo de estado sólido para manejar el calor.
00:22Y sí, yo he dicho estado sólido.
00:24Con esto, se puede obtener eficiencias más altas sin refrigerantes.
00:28El calentamiento calórico puede tener un gran efecto en nuestras casas,
00:30en nuestros coches,
00:31y en la manera en la que nos calentamos.
00:35Entonces, ¿qué es este metal para nosotros?
00:37¿Cómo funciona?
00:38¿Y por qué tiene la capacidad de cambiar completamente el control climático?
00:41Yo soy Matt Farrell.
00:42Bienvenidos a Undecided.
00:46Este video es de Factor.
00:48Si eres un espectador regular de mi canal,
00:50ya sabes que siempre digo que no hay un único salvador tecnológico que nos va a liberar.
00:56Hay muchas maneras de superar los desafíos en esta transición de energía limpia.
01:01Y aquí hay un nuevo y interesante desafío.
01:04Tengo un cable de nitrógeno,
01:06que es una mezcla de nickel y titanio.
01:09También es un aloy de memoria de forma.
01:11De hecho, puede recordar mejor su forma que me puedo recordar las llaves de mi coche.
01:17Esto significa que tiene una propiedad interesante.
01:20Esta habilidad.
01:21Solo estoy mostrando los quirks de nitrógeno y no estoy bromeando.
01:25Es realmente divertido.
01:26Sus habilidades únicas podrían convertirse en la espalda o la cuerda para los sistemas de refrigeración y acondicionamiento,
01:32que serán más limpios y eficientes.
01:34Bienvenidos al mundo de la caloría elástica.
01:39Estás pensando.
01:40¿Elástico?
01:41¿Ahora qué?
01:42¿Y qué tiene que ver con el futuro del calentamiento de esta estrella?
01:44Bueno.
01:45Hay posibilidades de que estés conocido por los nombres nutricionales de la Caloría C.
01:49Es una pequeña forma de caloría que mide la energía de caloría.
01:52Es decir, el calor es el principal curso en este menú.
01:58Y con la caloría elástica, estamos viendo una nueva manera de hacer el aire frío sin refrigerantes.
02:04Este espectro de tecnologías en estado sólido puede ser una nueva y mejor manera de calentar tu casa, auto o la comida que te queda.
02:12¿Cómo?
02:13Uno de los miembros de mi advisorio científico dijo.
02:16Con la fuerza de la conversión de energía del futuro.
02:18En la vida diaria, estamos convertiendo la energía a continuación.
02:22No solo con las luces de luz o laptops.
02:24La energía química de tu cuerpo se convierte en la energía mecánica, que te lleva durante todo el día.
02:30La esencia de este canal son cosas como el viento, el solar y las conversiones avanzadas.
02:35La energía mecánica y mecánica del aire y la luz y calor del sol se transforman en la electricidad.
02:41A medida que la demanda de energía aumenta, la búsqueda de métodos más directos, eficientes y seguros comienza.
02:47Esto significa que tenemos que ser un poco creativos.
02:51Antes de ir a elastocalóricos, es importante entender cómo funcionan los sistemas de calentamiento tradicionales.
02:56Hay alrededor de 5 billones de unidades de calentamiento en el mundo,
02:59como los refrigeradores, los condicionadores de aire y las puertas de calor.
03:03Y la mayoría de ellas funcionan con ciclos de compresión de vapor.
03:06Vamos a ver un breve resumen de esto.
03:08Piensa que estás conectando tu frigorífico por primera vez.
03:10Su misión es sacar el calor del interior fuera.
03:14El refrigerante, que a menudo es hidrofluorocarbono o HFC, pasa por cuatro componentes principales.
03:19Compresor, condensador, expander y evaporador.
03:23Paso 1. El compresor aumenta la temperatura y la presión del vapor refrigerante.
03:27Paso 2. El condensador convierte el refrigerante en gas en líquido,
03:31lo que produce calor en el ambiente.
03:33Paso 3. El expander depresuriza el refrigerante.
03:37A medida que se expande, se calienta, más caliente que el refrigerante.
03:40Paso 4. El evaporador absorbe el calor del refrigerante, lo que produce el vapor refrigerante.
03:45Luego, el ciclo comienza cuando el compresor agarra el vapor cálido.
03:49Aunque los principales elementos del show son los refrigerantes,
03:51el sistema funciona igual para el condicionamiento del aire.
03:54Todo el proceso cambia de fase y depende de las propiedades del refrigerante para transferir el calor.
03:59¿Pero qué pasa si podemos evitar completamente los refrigerantes?
04:04¿Qué tiene que ver con el estocolórico?
04:06En realidad, la mayoría de los alojes tienen una o más fases sólidas
04:09que pueden parecer sorprendentes.
04:10Normalmente, pensamos en las fases como sólidas, líquidas o gases.
04:14Pero también pueden tener diferentes fases sólidas.
04:16Un buen ejemplo es el carbono.
04:17Cuando se construye la estructura de un alojamiento, se convierte en grafito.
04:20Esa cosa suave que se encuentra en los pinceles.
04:22Pero si se arregla en una estructura tetrahedral,
04:25se obtiene un diamante, que es uno de los materiales más duros de la Tierra.
04:28Ahora, en los alojes de metal, especialmente en el nitinol,
04:30hay dos fases comunes pero difíciles de entender.
04:33La austenite y la martensite.
04:35Como el agua absorbe el calor y lo libera,
04:37cuando se convierte en líquido por la ice,
04:39los metales también se convierten entre austenite y martensite.
04:43Esto es algo parecido a lo que funciona en el ciclo de compresión de vapor de los refrigerantes,
04:47que usamos todos los tiempos.
04:49No quiero comprender demasiada información,
04:51pero prácticamente, ¿cómo podemos reemplazar el gas y el líquido
04:54en nuestros sistemas de calentamiento con los cables metalíferos?
04:57Hablando de refrigeradores y de calentamiento, me recuerda a la comida.
05:01Parece que es el momento correcto de tomar un breve descanso.
05:03Con el sponsor de hoy, Factor.
05:05Mi horario es tan hecto que es difícil preparar alimentos nutricionales a la hora del almuerzo.
05:09Estaba tomando cortes, y a menudo comía cosas fáciles, pero no saludables.
05:13Factor ayudó a reducir el estrés en el plano y la preparación,
05:16y mantuvo la comida saludable.
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06:04Gracias por apoyar al canal de Factor y a todos vosotros.
06:07¿Cómo utilizamos el cable sólido en nuestros sistemas de calentamiento?
06:10Obviamente, no vamos a usar el metal entre los compresores y los coales de calentamiento,
06:13pero los ciclos de calentamiento calóricos pueden ser rompidos en 4 pasos,
06:16como los ciclos de compresión de vapor.
06:18Todo comienza con el material que estás utilizando.
06:21Para el elastocalórico, puede ser natural rubber, nitinol
06:24o otro tipo de alojo de memoria.
06:26Luego, usas fuerza en el material, lo que le da estrés.
06:29Esa energía mecánica se convierte en energía interna,
06:31lo que cambia la forma del material y se calienta.
06:34El calor que se genera sale del sistema,
06:36como el calor que se produce en la fase de condensación del círculo Vashv-Sampidon.
06:39Esta es una explicación de alto nivel del elastocalórico.
06:43Vamos a detallarlo.
06:44El nitinol es superelástico.
06:46Significa que puede verse y cambiar su forma estructuralmente.
06:49Esta transformación fase es completamente reversible.
06:52Es algo como una caja de cartón sin tapas que se ve cuadrado delante.
06:55Pero si le pones un poco de presión,
06:57se convierte en un paralógramo
06:59y se vuelve a su lugar cuando se desmueve la presión.
07:01Puedes usar estas formas y ver cómo el nitinol se mueve entre los estados.
07:06Pero este metal mágico va un paso más adelante.
07:09Como ocurre durante el examen de un estudiante,
07:11el nitinol también se convierte en algo diferente en el estrés.
07:13Cuando se desmueve, se convierte en austenite de martensite,
07:16lo que hace que se caliente.
07:18Pero cuando se desmueve, se convierte de nuevo en martensite y se calienta.
07:22Cuando se desmueve el estrés, el cable se calienta
07:25y atrae el calor a su alrededor.
07:27Lo especial del nitinol es la histeria térmica.
07:29Esto significa que la temperatura en la que se calienta
07:32es diferente a la temperatura en la que se calienta cuando se desmueve el estrés.
07:36Por ejemplo, en el nitinol de alta eficacia,
07:38al poner el estrés a 22°C,
07:40puede calentarse hasta 49°C.
07:42Pero cuando se desmueve el estrés,
07:44su temperatura cae hasta 5°C,
07:46lo que es 17°C más o menos.
07:48Entonces, hay un cable en la tabla del laboratorio.
07:53Pueden pensar que si tenemos muchos cables y un diseño correcto,
07:56estos cables pueden quitar el calor de algún lugar y lo calientan.
07:59Para limpiar el refrigerante, como en el resto del estado sólido,
08:03el estado sólido no significa que no haya partes líquidas o movidas.
08:08En el refrigerante, no se necesita refrigerantes,
08:11pero no se puede pumpar el material sólido en el sistema.
08:14Sin embargo, para mover las cosas, se necesita un activador líneo como el de input mecánico.
08:18Depende del diseño que el sistema de refrigerante
08:21Se puede necesitar un líquido de transferencia de calor.
08:24Algunos prototipos elastocalóricos utilizan líquidos.
08:27Es un poco confuso, lo sé.
08:29Vamos a hablar de esos prototipos.
08:32Si eres como yo, cuando lo oí por primera vez,
08:35pensé en el progreso que ha hecho en la construcción de la realidad.
08:38Aún es una nueva idea, pero el interés está aumentando rápidamente.
08:41En los últimos 10 años, la popularidad de este campo ha aumentado mucho
08:45y muchas publicaciones y prototipos están apareciendo.
08:48Según un estudio de 2024,
08:50entre 2017 y 2022,
08:52el interés en el elastocalórico ha aumentado un 160%.
08:56Pero, ¿por qué de repente se ha convertido en un tema tan importante?
08:59El elastocalórico es una gran parte del calentamiento calórico
09:02en el que los materiales eléctricos,
09:04magnéticos y mecánicos
09:05se triggeran para absorber y liberar el calor.
09:08Como los materiales electrocalóricos o magnetocalóricos.
09:11Este es un problema electromagnético especial.
09:14Suena muy futurista, ¿verdad?
09:16Pero hay un problema.
09:18Es muy difícil controlarlo, medirlo y usarlo.
09:21Ahora, los elastocalóricos trabajan de una manera diferente.
09:24Se basan en una cosa simple,
09:26es decir, en tirar o empujar en un único áxis.
09:29Y este es el truco real.
09:31Los elastocalóricos performan mejor que los demás calentamientos en estado sólido.
09:34Su efecto de calentamiento es más fuerte,
09:36evita más energía,
09:38y los materiales eléctricos son más eficientes.
09:41El Instituto Internacional de Refrigeración
09:43dijo en el 2022 que los materiales comerciales
09:46tienen un efecto elastocalórico
09:48mejor que los materiales electromagnéticos y eléctricos.
09:51Además, el mercado de los alojes de memoria de forma
09:54que forman elastocalóricos ya existe,
09:56así que no hay necesidad de inventar
09:58nuevos materiales.
10:00Ha habido más de 20 prototipos elastocalóricos
10:02en el mercado hasta el 2022,
10:04y tú has elegido uno de ellos.
10:06¿Cuáles son?
10:08El elastocalórico.
10:11Creo que has visto alguno de ellos.
10:13¿Te acuerdas de ese pequeño cable?
10:15La forma más caliente del elastocalórico
10:17es el aloje de memoria, el Nitinol.
10:19La razón es que el Nitinol
10:21no solo es elástico, sino que también es accesible.
10:24Lo compré en Amazon
10:26y fue comercializado para muchas aplicaciones médicas
10:28en los años 80.
10:29En los últimos años,
10:30se han producido muchos prototipos basados en el Nitinol,
10:32pero lo importante es que
10:33empezaron con pequeños materiales.
10:35En un artículo del 2022,
10:37los investigadores de la Universidad de Xi'an
10:39comentaron sobre un refrigerador elastocalórico integrado.
10:44Esto mostró que es posible
10:46diseñar estos dispositivos tan compactos
10:48para que puedan ser comercializados.
10:50Pero cuando los autores dicen compactos,
10:52no están bromeando.
10:53El poder caliente del prototipo es de 3.1 watts,
10:55lo cual es suficiente para un compartimento de 0.9 litros.
10:58A finales del mismo año,
11:00el equipo de investigación de la Universidad de Saarland en Alemania
11:02presentó un sistema de demostración de elastocalórico
11:05con músculos artificiales de nitinol.
11:08Hasta el 2023,
11:09los profesores de ingeniería de la Universidad de Maryland
11:12desarrollaron un dispositivo
11:14que podía producir un poder caliente de 200 watts,
11:17lo cual es suficiente para un refrigerador minifrío, como un refrigerador de vino.
11:20Hasta el 2024,
11:21los investigadores de Saarland
11:22crearon otro prototipo,
11:24un refrigerador con un poder suficiente para una pequeña botella.
11:30Seguro que ves aquí un patrón
11:32Los prototipos que estamos viendo para el sistema de elastocalórico
11:35todavía son pequeños,
11:36pero grandes cosas siempre empiezan con pequeños inicios.
11:39No te entiendas mal.
11:40Las aplicaciones que se realizan en pequeños niveles
11:42son exactamente lo que se espera en la instalación de laboratorio.
11:44Y sí,
11:45todavía hay algunas obstáculas que hay que superar.
11:47Por ejemplo,
11:48el calor de elastocalórico que se puede quitar
11:50es bastante bajo,
11:51es decir,
11:52se necesitan muchas llaves y ciclos para completar el trabajo.
11:55Este sistema es realmente cientos de años atrás
11:57de los sistemas HVAC de compresión de vapor
11:59que usamos hoy en día.
12:01Todavía hay mucho trabajo que hay que hacer para optimizarlo,
12:03pero a medida de su performance,
12:05su potencial ha aumentado.
12:06En el cambio de calor y calentamiento,
12:08el coeficiente de eficiencia del sistema
12:10se evalúa con el COP.
12:13El COP de un puente de calor o un refrigerador puede ser de 3,
12:15es decir,
12:16la cantidad de electricidad que usas
12:17es igual a 3 veces la energía del calor.
12:19Por eso,
12:20son más eficientes que el 100%,
12:22lo que parece como una magia de la física.
12:24Tuve la oportunidad de hablar con el doctor de la Universidad de Maryland,
12:26Ichiro Takeuchi,
12:27sobre su trabajo.
12:28Él nos dijo que la eficiencia equivalente al material
12:31es el 20% del COP de las calorías elásticas.
12:33Pero no se puede comparar directamente
12:35porque este no es el sistema completo.
12:39Para el producto final,
12:40cada componente del sistema
12:41reducirá el COP,
12:43por lo que dijo que el sistema final
12:45estará cerca de la eficiencia del sistema de vapor.
13:01El COP de un puente de calor o un refrigerador
13:03puede ser de 3 veces la energía del calor
13:05y el COP de un puente de calor o un refrigerador
13:07es igual a 3 veces la energía del calor.
13:09El COP de un puente de calor o un refrigerador
13:11es igual a 3 veces la energía del calor
13:13y el COP de un puente de calor o un refrigerador
13:15es igual a 3 veces la energía del calor.
13:17El COP de un puente de calor o un refrigerador
13:19es igual a 3 veces la energía del calor
13:21y el COP de un puente de calor o un refrigerador
13:23es igual a 3 veces la energía del calor.
13:25El COP de un puente de calor o un refrigerador
13:27es igual a 3 veces la energía del calor
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15:49¡Bienvenidos a todos los miembros!
15:51Taylor, Busalaki, Richard, Campbell
15:53y el productor, Michael R. Coach
15:55Espero que no me he nombrado a alguien malo
15:57Su ayuda realmente ayuda a gestionar este canal
15:59¡Nos vemos la próxima vez!