Investigadores alemanes construyeron el motor de vapor más pequeño del mundo, basándose en el diseño desarrollado hace 195 años por el inventor Robert Stirling.
El microscópico motor tiene notables cambios, ya que sus pistones originales fueron sustituidos por rayos láser.
Según los físicos a cargo del proyecto, se quedaron “anonadados” al ver cuán eficientemente este diminuto motor transforma el calor en energía, aunque reconocieron que el ingenio tiene, por ahora, poco uso práctico.
El clásico motor de vapor
El motor desarrollado por Stirling tiene un cilindro de gas adherido a una fuente de calor en un extremo y a una fuente fría en otro.
El sistema estaba conectado a dos pistones: el primero comprime el gas, moviéndolo hacia la parte caliente que hace que se expanda, moviendo así el pistón de vuelta lo que hace que se mueva la rueda.
El movimiento de la rueda hace que el segundo pistón se mueva impulsando el gas a la zona fría, haciendo que éste se contraiga y que el proceso vuelva a empezar.
“Queríamos entender cómo funciona un principio tan básico, y si funcionaría a un nivel microscópico”, explicó el profesor Clemens Bechinger a la BBC.
“Actualmente, todo el mundo trata de hacer cosas más pequeñas, desde circuitos electrónicos a aparatos mecánicos, todo es cada vez más pequeño, por eso pensamos en investigar este proceso básico a una micro-escala”.
Los físicos llevaron a cabo su investigación en el Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes de la Universidad de Stuttgart, y publicaron su hallazgo en la última edición de la revista Nature.
Sistema adaptado
Para adaptar el motor a un tamaño tan pequeño, los investigadores sustituyeron el cilindro de gas por una partícula hecha de plástico llamada melamine, que mide unas 10.000 veces el tamaño de un átomo y lo situaron en una cámara de agua a medida.
Los pistones por su parte se sustituyeron por un rayo láser infrarrojo que ayudó a mantener en su lugar a esta partícula de melamine.
Cuanto más intenso es el láser más fija está la partícula en su lugar. Si es más débil la partícula puede fluctuar y moverse por un espacio mayor.
Es así como esta partícula se comporta como las moléculas del gas en el motor de vapor original. Cuando la partícula no puede moverse, imita el momento en que las moléculas de gas están comprimidas. Cuando se mueve se produce la misma reacción que cuando las moléculas se expanden.
A un nivel microscópico no se podía recrear la reacción calor-frío, por lo que se usó un segundo láser. Éste calienta una mezcla a 90ºC en menos de 10 milisegundos. Es entonces cuando se enfría rápidamente a temperatura de ambiente cuando se apaga el láser.
Inestabilidad
El problema del sistema es que la cantidad de energía generada no es estable.
“A diferencia del motor de vapor original donde todo funciona de forma constante, nuestro motor funciona a trompicones”, dijo Bechinger.
Según aclaró, esto se da porque las moléculas de agua en la mezcla que rodea la micropartícula chocaban constantemente contra ella, haciendo que la energía se moviera de un lado a otro.
En un motor más grande, la cantidad de energía generada por el motor contrarresta las pequeñas colisiones dentro de la máquina, por lo que no tienen ningún efecto.
En un motor como este los niveles de energía son mucho más similares y podrían incluso parar el motor en casos extremos.
Eficiencia
No obstante, el equipo dice que están sorprendidos de que a nivel general, esta micro-máquina es tan eficiente como su versión en grande.
“Esto es algo que no esperábamos cuando iniciamos el proyecto”, observó Bechinger.
Aunque los físicos coinciden en que un motor de vapor microscópico no tendrá nunca un uso práctico, su investigación podría ser utilizada para generar fuentes de energía más estables para micro-máquinas.
Fuente:
bbc.co.uk
