Transformación de las ondas acústicas en «ondas de calor»
La conversión de la energía termoacústica es el proceso por el cual se emplea calor para producir sonidos que a su vez son utilizados para generar calor aprovechando los límites sólidos. Este proceso puede utilizarse en diversas aplicaciones, tanto en entornos industriales como residenciales, en las que se necesite calor, refrigeración o energía. Aunque los principios son complejos, su aplicación práctica es relativamente sencilla. Un sistema termoacústico típico está compuesto de un motor y de una bomba de calor encerrada en un resonador. El motor produce energía acústica a partir del calor. Posteriormente, la bomba de calor utiliza esa energía para generar calor. No se necesitan partes móviles y los materiales utilizados son respetuosos con el medio ambiente. «Thermoacoustic technology for energy applications» (Thatea) es un proyecto financiado con fondos comunitarios cuyo objetivo es evaluar distintos procesos de conversión termoacústica para identificar los sistemas más prometedores. Thatea es la primera iniciativa europea que busca posicionar a la UE en un papel de liderazgo en esta tecnología emergente. Los investigadores se afanaron en comprender los procesos fundamentales, especialmente los relacionados con la transferencia térmica en condiciones de flujo oscilatorio. Los análisis experimentales llevaron a la definición de normas de diseño para los intercambiadores de calor termoacústico. Igualmente, los científicos probaron un resonador mecánico que utiliza un sistema de doble masa-muelle que sustituye al sistema acústico. La alineación del cilindro en el pistón se consideró un parámetro crítico y por consiguiente un tema que abordar en estudios posteriores. La investigación teórica y experimental desarrollada sobre los efectos no lineales que degradan el rendimiento de los sistemas termoacústicos (por ejemplo, las corrientes), ha permitido la mejora de un modelo de dinámica de fluidos computacional (DFC) aplicado a los flujos oscilatorios. El trabajo también puso de manifiesto la necesidad de seguir investigando para lograr entender, describir y evitar dichos fenómenos no lineales. Los científicos desarrollaron dos motores termoacústicos (un dispositivo de alta temperatura y otro de baja) y dos dispositivos de bombeo de calor termoacústico (un refrigerador y una bomba de calor). El rendimiento de los dos motores se ajustó a lo esperado. Las bombas de calor demostraron una eficiencia muy superior a la de todas las bombas termoacústicas medidas anteriormente, si bien será necesario seguir trabajando para incrementar aún más su eficiencia. Teniendo en cuenta la flexibilidad de los sistemas termoacústicos, y por tanto de sus amplias posibilidades de aplicación, se espera una reducción significativa de costes gracias a la obtención de elevados volúmenes de producción. Thatea sigue desarrollando la tecnología necesaria para situar a la UE en una posición de liderazgo dentro del importante mercado emergente de la energía renovable.
