Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un parche portátil que podría proporcionar enfriamiento y calefacción personalizados en el hogar, el trabajo o mientras viaja. El parche suave y elástico enfría o calienta la piel del usuario a una temperatura cómoda y la mantieneallí a medida que cambia la temperatura ambiente. Está alimentado por una batería flexible y elástica y puede integrarse en la ropa. Los investigadores dicen que usarlo podría ayudar a ahorrar energía en el aire acondicionado y la calefacción.
El trabajo se publica el 17 de mayo en la revista Avances científicos .
"Este tipo de dispositivo puede mejorar su comodidad térmica personal, ya sea que esté viajando en un día caluroso o tenga demasiado frío en su oficina", dijo Renkun Chen, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en UC San Diego que dirigió el estudio.
El dispositivo, que se encuentra en la etapa de prueba de concepto, también podría ahorrar energía ". Si usar este dispositivo puede hacer que se sienta cómodo dentro de un rango de temperatura más amplio, no necesitará bajar tanto el termostato enel verano o aumenta el calor tanto en el invierno ", dijo Chen. Mantener la temperatura establecida de un edificio 12 grados más alta durante el verano, por ejemplo, podría reducir los costos de enfriamiento en aproximadamente un 70 por ciento, señaló."
Hay una variedad de dispositivos personales de enfriamiento y calefacción en el mercado, pero no son los más convenientes para usar o transportar. Algunos usan un ventilador, y otros necesitan empaparse o llenarse con líquido como agua.
Chen y un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego diseñaron su dispositivo para que sea cómodo y cómodo de usar. Es flexible, liviano y se puede integrar fácilmente en la ropa
El parche está hecho de aleaciones termoeléctricas, materiales que usan electricidad para crear una diferencia de temperatura y viceversa, intercalados entre láminas de elastómero elástico. El dispositivo enfría o calienta físicamente la piel a una temperatura que el usuario elige.
"Podría colocar esto en lugares que tienden a calentarse o enfriarse más rápido que el resto del cuerpo, como la espalda, el cuello, los pies o los brazos, para mantenerse cómodo cuando hace demasiado calor o frío"dijo el primer autor Sahngki Hong, un ex alumno de ingeniería mecánica de UC San Diego que trabajó en el proyecto como estudiante de doctorado en el laboratorio de Chen.
Los investigadores insertaron un prototipo del parche en un brazalete de malla y lo probaron en un sujeto masculino. Las pruebas se realizaron en un ambiente con temperatura controlada. En dos minutos, el parche enfrió la piel del probador a una temperatura establecida de 89.6 grados FahrenheitMantuvo la piel del probador a esa temperatura ya que la temperatura ambiente varió entre 71.6 y 96.8 grados Fahrenheit.
Un bloque de construcción para ropa inteligente
El objetivo final es combinar múltiples parches para crear ropa inteligente que se pueda usar para enfriamiento y calefacción personalizados. Por lo tanto, los ingenieros diseñaron un parche electrónico suave que puede estirarse, doblarse y torcerse sin comprometer su función electrónica.
El trabajo es una colaboración entre varios grupos de investigación en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego. El laboratorio de Chen, que se especializa en tecnología de transferencia de calor, dirigió el estudio. Se unieron con los profesores de nanoingeniería Sheng Xu, un experto en electrónica extensible,Shirley Meng, experta en tecnología de baterías, Ping Liu, quien también es experto en baterías, y Joseph Wang, experto en sensores portátiles.
Los investigadores construyeron el parche al tomar pequeños pilares de materiales termoeléctricos hechos de aleaciones de telururo de bismuto, soldarlos en finas tiras de electrodos de cobre y emparedarlos entre dos láminas de elastómero.
Las láminas están especialmente diseñadas para conducir calor mientras son suaves y elásticas. Los investigadores crearon las láminas al mezclar un material de goma llamado Ecoflex con polvo de nitruro de aluminio, un material con alta conductividad térmica.
El parche usa una corriente eléctrica para mover el calor de una lámina de elastómero a la otra. A medida que la corriente fluye a través de los pilares de telururo de bismuto, conduce el calor junto con él, haciendo que un lado del parche se caliente y el otro se enfríeabajo.
"Para enfriar, tenemos el calor actual de la bomba desde el lado de la piel hasta la capa que mira hacia afuera", explicó Chen. "Para calentar, simplemente invertimos la corriente para que las bombas de calor vayan en la otra dirección".
El parche funciona con una batería flexible. Está hecho de una serie de celdas de monedas conectadas por cables de cobre en forma de resorte e incrustadas en un material elástico.
Ahorro de energía
Un parche mide 5 × 5 centímetros de tamaño y utiliza hasta 0.2 vatios de potencia. El equipo de Chen estima que se necesitarían 144 parches para crear un chaleco de enfriamiento. Esto usaría aproximadamente 26 vatios en total para mantener a un individuo fresco en undía caluroso promedio durante el calor extremo, el uso de energía estimado aumentaría hasta 80 vatios, que es aproximadamente cuánto usa una computadora portátil. En comparación, un sistema de aire acondicionado convencional usa decenas de kilovatios para enfriar una oficina entera.
Los investigadores anotaron que es más eficiente energéticamente enfriar a una persona individual que a una habitación grande. "Si solo hay un puñado de ocupantes en esa habitación, esencialmente estás consumiendo miles de vatios por persona para enfriarse. Un dispositivo como elel parche podría reducir drásticamente las facturas de enfriamiento ", dijo Chen.
El equipo ahora está trabajando en parches que podrían integrarse en un prototipo de chaleco de refrigeración y calefacción. Esperan comercializar la tecnología en unos pocos años.
"Hemos resuelto los problemas fundamentales, ahora estamos abordando los grandes problemas de ingeniería: la electrónica, el hardware y el desarrollo de una aplicación móvil para controlar la temperatura", dijo Chen.
Este trabajo es apoyado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada - Energía ARPA-E, subvención DE-AR0000535 y fondos de inicio de UC San Diego.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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