Técnica de enfriamiento desarrollada para uso espacial hace que la carga de autos eléctricos en la Tierra sea más rápida y fácil

 


PROYECTO
Experimento de flujo de ebullición y condensación (FBCE)

Traducido de la Web de NASA SCIENCE

Una técnica avanzada de control de temperatura desarrollada para futuras misiones de la NASA también puede hacer que la carga de vehículos eléctricos sea más fácil y rápida, lo que podría allanar el camino para una mayor adopción de automóviles eléctricos.

Numerosas misiones espaciales futuras de la NASA involucrarán sistemas complejos que deben mantener temperaturas específicas para operar. Estos sistemas, incluidos los sistemas de energía de fisión nuclear para misiones a la Luna, Marte y más allá; bombas de calor de compresión de vapor para soportar hábitats lunares y marcianos; y sistemas para proporcionar control térmico y soporte vital avanzado a bordo de naves espaciales, requerirán capacidades avanzadas de transferencia de calor para ejecutar el control térmico requerido.

Un equipo patrocinado por la División de Ciencias Físicas y Biológicas de la NASA está desarrollando una nueva tecnología que no solo logrará una mejora de órdenes de magnitud en la transferencia de calor para permitir que estos sistemas mantengan temperaturas adecuadas en el espacio, sino que también permitirá reducciones significativas en tamaño y peso. del hardware Además, esta misma tecnología puede hacer que tener un automóvil eléctrico aquí en la Tierra sea más fácil y factible.

 

Un equipo dirigido por Issam Mudawar, Betty Ruth y Milton B. Hollander Family Professor de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Purdue, ha desarrollado el Experimento de condensación y ebullición de flujo (FBCE) para permitir que se realicen experimentos de flujo de fluido bifásico y transferencia de calor en el entorno de microgravedad de larga duración en la Estación Espacial Internacional.

El Módulo de ebullición de flujo de FCBE incluye dispositivos generadores de calor montados a lo largo de las paredes de un canal de flujo en el que se suministra refrigerante en estado líquido. A medida que estos dispositivos se calientan, la temperatura del líquido en el canal aumenta y, finalmente, el líquido adyacente a las paredes comienza a hervir. El líquido en ebullición forma pequeñas burbujas en las paredes que se separan de las paredes a alta frecuencia, atrayendo constantemente líquido desde la región interna del canal hacia las paredes del canal (ver la figura a continuación). Este proceso transfiere calor de manera eficiente aprovechando tanto la temperatura más baja del líquido como el consiguiente cambio de fase de líquido a vapor. Este proceso mejora mucho cuando el líquido suministrado al canal está en un estado subenfriado (es decir, muy por debajo del punto de ebullición). Esta nueva técnica de "ebullición de flujo subenfriado" da como resultado una eficacia de transferencia de calor muy mejorada en comparación con otros enfoques y podría usarse para controlar las temperaturas de futuros sistemas en el espacio.

FBCE se probó y entregó a la estación en agosto de 2021 y comenzó a proporcionar datos de ebullición de flujo de microgravedad a principios de 2022. Los resultados de estos experimentos de FBCE permitirán el diseño de futuros sistemas espaciales que requieren control de temperatura, pero esta tecnología también tiene aplicaciones en la Tierra, específicamente , podría hacer que tener un auto eléctrico sea más atractivo.

 

Antes de que los coches eléctricos puedan ser ampliamente utilizados, se deben superar ciertos desafíos. Primero, se debe implementar una red de estaciones de carga a lo largo de las autopistas y carreteras para permitir la carga de vehículos eléctricos. En segundo lugar, debe reducirse el tiempo necesario para cargar un vehículo. Actualmente, los tiempos de carga varían ampliamente, desde 20 minutos en una estación junto a una carretera hasta horas usando una estación de carga en el hogar. Los largos tiempos de carga y la ubicación del cargador se mencionan como las principales preocupaciones de las personas que están considerando la posibilidad de adquirir un vehículo eléctrico.

Un sistema de carga de vehículos eléctricos contiene un cable de carga que termina en un enchufe que se inserta en la entrada de carga del vehículo. La corriente eléctrica suministrada a través del cable de carga se envía a la batería del interior del vehículo, que alimenta el motor eléctrico del vehículo. El paso de la corriente eléctrica a través de cualquier conductor da como resultado una cantidad finita de generación de calor, y cuanto mayor sea la corriente, mayor será el calor generado. El conductor de una estación de carga generalmente consta de un haz de cables y, debido a los límites de temperatura, los cables de carga para sistemas convencionales de "carga rápida" de 350 amperios requieren conductores de tamaño considerable, lo que hace que el cable de carga sea bastante pesado e inconveniente para que los clientes lo maniobren. El peso del cable también aumenta con el conector de carga grande y el refrigerante líquido que pasa a través del cable para eliminar el calor.

 

Reducir el tiempo de carga de los vehículos eléctricos a cinco minutos (un objetivo de la industria) requerirá que los sistemas de carga proporcionen una corriente de 1400 amperios. Actualmente, los cargadores avanzados solo entregan corrientes de hasta 520 amperios, y la mayoría de los cargadores disponibles para los consumidores admiten corrientes de menos de 150 amperios. Sin embargo, los sistemas de carga que proporcionan 1400 amperios generarán mucho más calor que los sistemas actuales y requerirán métodos mejorados para controlar la temperatura.

Recientemente, el equipo de Mudawar aplicó los principios de "ebullición de flujo subenfriado" aprendidos de los experimentos FBCE de la NASA al proceso de carga de vehículos eléctricos. Usando esta nueva tecnología, el refrigerante líquido dieléctrico (no conductor de electricidad) se bombea a través del cable de carga, donde captura el calor generado por el conductor de corriente. La ebullición de flujo subenfriado permite que el equipo de Mudawar entregue 4,6 veces la corriente de los cargadores de vehículos eléctricos más rápidos disponibles en el mercado actual al eliminar hasta 24,22 kilovatios de calor. El cable de carga de Purdue puede proporcionar 2400 amperios, mucho más de los 1400 amperios necesarios para reducir el tiempo necesario para cargar un automóvil eléctrico a cinco minutos. La aplicación de esta nueva tecnología resultó en una reducción sin precedentes del tiempo requerido para cargar un vehículo y puede eliminar una de las barreras clave para la adopción mundial de vehículos eléctricos.

LIDER DEL PROYECTO
Dr. Issam Mudawar, Universidad de Purdue

ORGANIZACIÓN PATROCINADORA
División de Ciencias Biológicas y Físicas