Las bombillas tradicionales, que se cree que están en camino al olvido, pueden recibir un respiro gracias a un avance tecnológico.
La iluminación incandescente y su brillo cálido y familiar tiene más de un siglo de antigüedad, pero sobrevive prácticamente sin cambios en los hogares de todo el mundo. Sin embargo, eso está cambiando rápidamente, ya que las regulaciones destinadas a mejorar la eficiencia energética están eliminando gradualmente las bombillas viejas a favor de másbombillas fluorescentes compactas eficientes CFL y nuevas bombillas de diodos emisores de luz LED.
Las bombillas incandescentes, desarrolladas comercialmente por Thomas Edison y aún utilizadas por los dibujantes como símbolo de una visión inventiva, funcionan calentando un delgado cable de tungsteno a temperaturas de alrededor de 2.700 grados centígrados. Ese cable caliente emite lo que se conoce como radiación de cuerpo negro, un espectro de luz muy amplio que proporciona un aspecto cálido y una representación fiel de todos los colores de una escena.
Pero estas bombillas siempre han sufrido un problema importante: más del 95 por ciento de la energía que se destina a ellas se desperdicia, la mayor parte como calor. Es por eso que país tras país ha prohibido o está eliminando gradualmente la tecnología ineficiente. Ahora,Los investigadores del MIT y la Universidad de Purdue pueden haber encontrado una manera de cambiar todo eso.
Los nuevos hallazgos se informan en la revista Nanotecnología de la naturaleza por tres profesores del MIT: Marin Soljačić, profesor de física; John Joannopoulos, el profesor de física Francis Wright Davis; y Gang Chen, el profesor Carl Richard Soderberg en ingeniería energética, así como el investigador principal del MIT Ivan Celanovic,postdoc Ognjen Ilic, y profesor de física de Purdue y alumno del MIT Peter Bermel PhD '07.
Reciclaje ligero
La clave es crear un proceso de dos etapas, informan los investigadores. La primera etapa involucra un filamento de metal calentado convencional, con todas sus pérdidas concomitantes. Pero en lugar de permitir que el calor residual se disipe en forma de radiación infrarroja, secundariaLas estructuras que rodean el filamento capturan esta radiación y la reflejan de vuelta al filamento para ser reabsorbida y reemitida como luz visible. Estas estructuras, una forma de cristal fotónico, están hechas de elementos abundantes en la Tierra y se pueden hacer con material convencional-deposición de tecnología.
Ese segundo paso marca una diferencia dramática en la eficiencia con que el sistema convierte la electricidad en luz. Una cantidad que caracteriza una fuente de iluminación es la llamada eficiencia luminosa, que tiene en cuenta la respuesta del ojo humano. Mientras que la eficiencia luminosa delas luces incandescentes convencionales están entre el 2 y el 3 por ciento, la de los fluorescentes incluidas las lámparas fluorescentes compactas está entre el 7 y el 15 por ciento, y la de la mayoría de los LED comerciales entre el 5 y el 20 por ciento, los nuevos incandescentes de dos etapas podrían alcanzar eficiencias de hasta el 40 por ciento, dice el equipo.
Las primeras unidades de prueba de concepto hechas por el equipo aún no alcanzan ese nivel, logrando una eficiencia de aproximadamente 6.6 por ciento. Pero incluso ese resultado preliminar coincide con la eficiencia de algunas de las CFL y LED de hoy, señalan. Y esya es una mejora triple sobre la eficiencia de los incandescentes actuales.
El equipo se refiere a su enfoque como "reciclaje de luz", dice Ilic, ya que su material absorbe las longitudes de onda de energía no deseadas e inútiles y las convierte en las longitudes de onda de luz visibles que se desean ". Recicla la energía que de otro modo seríadesperdiciado ", dice Soljačić.
bombillas y más allá
Una de las claves de su éxito fue diseñar un cristal fotónico que funcione para una amplia gama de longitudes de onda y ángulos. El cristal fotónico en sí está hecho como una pila de capas delgadas, depositadas en un sustrato ". Cuando se juntan capas, conel grosor y la secuencia correctos ", explica Ilic, puede obtener una sintonización muy eficiente de cómo el material interactúa con la luz. En su sistema, las longitudes de onda visibles deseadas pasan directamente a través del material y salen de la bombilla, pero las longitudes de onda infrarrojas se reflejancomo si fuera un espejo. Luego viajan de regreso al filamento, agregando más calor que luego se convierte en más luz. Dado que solo lo visible sale, el calor sigue rebotando hacia el filamento hasta que finalmente termina como visibleligero.
"Los resultados son bastante impresionantes, ya que demuestran la luminosidad y la eficiencia energética que rivalizan con las de las fuentes convencionales, incluidas las bombillas fluorescentes y LED", dice Alejandro Rodríguez, profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Princeton, que no participó en este trabajo., dice, "proporciona evidencia adicional de que la aplicación de diseños fotónicos novedosos a problemas antiguos puede conducir a dispositivos potencialmente nuevos. Creo que este trabajo revitalizará y preparará el escenario para futuros estudios de emisores de incandescencia, allanando el camino para el diseño futuro deestructuras comercialmente escalables "
La tecnología involucrada tiene potencial para muchas otras aplicaciones además de las bombillas, dice Soljačić. El mismo enfoque podría "tener implicaciones dramáticas" para el desempeño de los esquemas de conversión de energía como la termo-fotovoltaica. En un dispositivo termo-fotovoltaico, el calor deuna fuente externa química, solar, etc. hace que un material brille, haciendo que emita luz que un absorbente fotovoltaico convierte en electricidad.
"Los LED son grandes cosas, y la gente debería comprarlos", dice Soljačić. "Pero es muy importante comprender estas propiedades básicas" sobre la forma en que interactúan la luz, el calor y la materia y cómo la energía de la luz se puede aprovechar de manera más eficiente "es muy importantea una gran variedad de cosas "
Agrega que "la capacidad de controlar las emisiones térmicas es muy importante. Esa es la contribución real de este trabajo". En cuanto a qué otras aplicaciones prácticas tienen más probabilidades de utilizar esta nueva tecnología básica, dice, "también lo estemprano para decir "
El trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército a través del Instituto de Nanotecnologías para Soldados del MIT y el Centro de Investigación de la Frontera Energética S3TEC financiado por el Departamento de Energía de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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