Problemas de refrigeración en el espacio

Precisamente nos encontramos en un punto, en que la industria digital esta a la espera de que aparezcan nuevas soluciones de refrigeración, pues se ha obligado a parar la carrera por incrementar la velocidad del reloj interno del procesador, buscando alternativas más frescas como multiplicar los núcleos o cores de los procesadores.

Resulta difícil optimizar más la capacidad de disipar energía mediante ventiladores y los circuito refrigerantes líquidos, no han resultado adecuados en muchos usos por ser grandes y engorrosos de implementar en equipos cada vez mas pequeños. Antes de volver a iniciar la carrera para aumentar la velocidad de proceso, se necesita un sistema de refrigeración basados en otros principios, pues los actuales han llegado al máximo de su capacidad.

Conscientes de ello, unos alumnos de la Escuela de Aeronáuticos de Madrid, formaron el grupo de investigación "Turbinators", con una solución novedosa para el problema.. Consiste en un dispositivo compacto que aprovecha la gran capacidad de absorción térmica del cambio de fase líquida a gaseosa de los líquidos para refrigerar y añaden la novedad que para disipar esta energía absorbida no la expulsan fuera del aparato, sino que la transforman nuevamente en energía eléctrica mediante una miniturbina movida por el gas generado.

En resumen, se trata de sustituir los actuales sistemas de ventilación que traqtan de sacar el calor fuera del equipo, por instalar un sumidero de calor dentro del aparato que transforme nuevamente el calor en energía eléctrica, una ingeniosa y absolutamente revolucionaria idea. En este momento la investigación esta muy avanzada y tiene ya construido un prototipo de pruebas.

El nuevo dispositivo mejora a los tradicionales en fiabilidad y ahorro de peso y de energía. Los circuitos de líquido refrigerante precisan de, tuberías, radiador, ventilador y bomba de impulsión, resultan mucho más pesados, difícil de integrar, susceptible de averías y gastadores de energía frente a estos módulos compactos de refrigeración que solo precisan del módulo y un cable eléctrico que se lleve la energía eléctrica generada.

Fiabilidad, peso y ahorro de energía son factores críticos en aeronáutica espacial, mucho más es reducir la emisión de calor, un satélite se mueve en el vacío, lo que dificulta la emisión de calor, la convección de calor es imposible, solo cabe la radiación.. El ahorro generado por el menor peso y consumo eléctrico unido a la reducción calor unido a una mayor fiabilidad. compensa largamente el mayor precio (actual) de estos refrigeradores, por tanto este sector es el primer campo donde pueden triunfar estos nuevos refrigeradores.

Surge una duda ¿funcionará la turbina en el espacio como lo hace en tierra? Al poner a hervir agua en una cazuela, del fondo, la parte más caliente de la cazuela, salen unas burbujas de vapor que ascienden a la superficie. Debido a ello, en tanto quede agua sin evaporar, la temperatura del fondo no pasa nunca de la temperatura de ebullición del agua, pues cuando se calienta más, asciende, dejando hueco a agua más fría que pasa a ocupar su lugar.

Si hirviera agua en una nave espacial, se formarían igualmente burbujas de vapor en el fondo de la cazuela, pero no ascenderían a la superficie, pues al ser la gravedad cero la densidad de la materia es nula y el vapor de agua no es desplazado por el agua fría. En consecuencia el fondo de la cazuela se cubriría de una película de vapor cada vez más gruesa y caliente, el agua líquida deja entonces de actuar como refrigerante, pues la manta de vapor aísla el fondo de la cazuela del líquido refrigerante.

¿Ocurrirá algo parecido con el gas que se forma en el turborefrigerador? Para contestar con seguridad a esta pregunta hay que hacer pruebas en ambiente de gravedad cero, lo que en tierra no es posible salvo durante los escasas décimas de segundo que dura una caída libre en las torres de gravedad cero y el experimento necesita más tiempo. El proyecto ha resultado tan interesante, que ha sido elegido por la ESA para ser probado en los vuelos parabólicos que se realizan con un avión Aerbus, el mayor tiempo posible de caída libre que se puede registrar fuera de la astronáutica.

Las primeras pruebas ya se han realizado y están ahora están en la fase de evaluar los resultados y en función de ello modificar el diseño del prototipo para su correcto funcionamiento en gravedad cero. Cuando consigan un buen resultado, habrá que pasar a pruebas definitivas, bien a bordo de algún satélite, bien lo que sería ideal, dentro de los programas de investigación del laboratorio espacial. Superado este último trámite, habrá que pasar a su producción industrial y su posterior comercialización.

En fin el largo camino que ha de recorrer cualquier innovación. Quizá en pocos años nuestros ordenadores sean mas rápidos, silencioso y con mayor duración de la pila gracias a este invento que hoy aún está en el laboratorio. Quién desee profundizar en este tema puede explorar las siguientes direcciones:

El blog del proyecto dhost.info/turbinators (en inglés)

Entrevista en "A Ciencia Cierta", Partes I y Parte II