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Refrigerators and Heat Pumps01:07

Refrigerators and Heat Pumps

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Refrigerators or heat pumps are heat engines operating in a reverse direction. For a refrigerator, the focus is on removing heat from a specific area, whereas, for a heat pump, the focus is on dumping heat into one particular area. A refrigerator (or heat pump) absorbs heat Qc from the cold reservoir at Kelvin temperature Tc and discards heat Qh to the hot reservoir at Kelvin temperature Th, while work W is done on the engine’s working substance.
A household refrigerator removes heat from...
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Power Factor Correction01:20

Power Factor Correction

172
The power transmission to a factory involves the transfer of apparent power, a combination of active and reactive power. The power factor measures how effectively electrical power is converted into useful work output. The ratio of the real power (KW) that does the work to the apparent power (KVA) supplied to the circuit.
172
Faraday Disk Dynamo01:23

Faraday Disk Dynamo

2.2K
A Faraday disk dynamo is a DC generator, producing an emf that is constant in time. It consists of a conducting disk that rotates with a constant angular velocity in the magnetic field, perpendicular to the disk's plane. The rotation of the disk causes a change in magnetic flux, which induces an emf, causing opposite charges to develop on the rim and in the center of the disk. The polarity of the induced emf can be determined by the direction of the magnetic field and the direction of the...
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Refrigerador polimérico autooscilante de alta eficiencia energética

Donglin Han1, Yingjing Zhang1, Cenling Huang1

  • 1State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration, Interdisciplinary Research Center, Institute of Refrigeration and Cryogenics, and MOE Key Laboratory for Power Machinery and Engineering, School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China.

Nature
|May 8, 2024
PubMed
Resumen

Un nuevo dispositivo de película delgada electrocalórica utiliza la sinergia electro-termomecánica para la refrigeración de auto-ciclo. Este avance ofrece una alta densidad de potencia de refrigeración y un coeficiente de rendimiento (COP) sin controladores externos, lo que permite una gestión térmica localizada eficiente.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencias de los materiales
  • La termodinámica
  • Física del estado sólido

Sus antecedentes:

  • Los efectos electrocalóricos y electrostrictivos coexisten en los materiales dieléctricos, ofreciendo potencial para un manejo térmico avanzado.
  • Los refrigeradores electrocalóricos actuales se enfrentan a limitaciones en la densidad de potencia de refrigeración y el coeficiente de rendimiento (COP) debido a la dependencia de accesorios de conducción externos.
  • El desarrollo de dispositivos de autociclo es crucial para realizar la promesa de una gestión térmica localizada ligera y compacta.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar un dispositivo de película delgada electrocalórica que integre los efectos electrocalóricos y electrostrictivos para la refrigeración de autociclo.
  • Aprovechar la sinergia electro-termomecánica en los productos ferroeléctricos poliméricos para mejorar la gestión térmica.
  • Para demostrar un prototipo de refrigerador compacto, eficiente y sin controlador externo.

Principales métodos:

  • Fabricación de un dispositivo de película delgada electrocalórica de 30 μm de espesor utilizando ferroeléctricos poliméricos.
  • Utilizando una estimulación eléctrica de una sola vez para inducir el autociclo térmico y mecánico del cuerpo de trabajo.
  • Medición directa de la densidad de potencia de refrigeración y del coeficiente de rendimiento (COP) en intervalos de temperatura variables.

Principales resultados:

  • El dispositivo alcanzó una densidad de potencia de refrigeración de 6,5 W/g y un COP máximo superior a 58 en el intervalo de temperatura cero.
  • Se registró un COP de aproximadamente 24 en un intervalo de temperatura de 4 K en un ambiente abierto, lo que representa una eficiencia termodinámica del 32%.
  • El refrigerador de película delgada demostró una caída de temperatura adicional de 17,5 K en comparación con el enfriamiento pasivo cuando se aplica a un chip electrónico.

Conclusiones:

  • El dispositivo de película delgada electrocalórica desarrollado integra con éxito la sinergia electro-termomécnica para la refrigeración de autociclo, eliminando la necesidad de controladores externos.
  • El dispositivo ofrece mejoras significativas en la densidad de potencia de refrigeración y el COP, allanando el camino para soluciones eficientes de gestión térmica localizada.
  • Este refrigerador suave y polimérico presenta una tecnología prometedora para la gestión térmica automática y localizada en dispositivos electrónicos y más allá.