- Una herramienta de inteligencia artificial acelera el diseño de generadores termoeléctricos y al mismo tiempo iguala el rendimiento de los prototipos líderes
- TEGNet reduce el tiempo de simulación de miles de segundos a fracciones de uno
- Es posible que se produzcan recolectores de calor residual más baratos, aunque la producción aún debe demostrar su valía
Investigadores en Japón han desarrollado una herramienta de inteligencia artificial que puede diseñar generadores termoeléctricos mucho más rápido que los métodos de simulación estándar, lo que apunta a una forma más económica de convertir el calor residual en electricidad.
TEGNet fue desarrollado por Takao Mori y colegas del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) de Japón y la Universidad de Tsukuba.
publicado en el periódico la naturalezaPredijo el rendimiento del generador con una precisión superior al 99 % y utilizó solo el 0,01 % del tiempo de cálculo requerido por los solucionadores comerciales de elementos finitos.
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Actuando como un emulador rápido
Los generadores termoeléctricos convierten las diferencias de calor directamente en electricidad, sin turbinas ni piezas móviles.
Ya alimentan naves espaciales, sensores remotos y algunas infraestructuras aisladas, pero su costo y desempeño mediocre los mantienen fuera de su uso generalizado en fábricas, refinerías, vehículos y productos electrónicos.
El diseño de generadores termoeléctricos es lento porque los investigadores deben equilibrar los materiales, la geometría, las condiciones de temperatura, la resistencia eléctrica y el flujo de calor.
Un solucionador convencional tiene que resolver repetidamente las ecuaciones físicas acopladas, lo que puede llevar días o semanas para una búsqueda exhaustiva.
TEGNet aprende de esa simulación y luego actúa como un emulador rápido. El documento afirma que una simulación de material típica tarda unos 2237 segundos en COMSOL, mientras que TEGNet produce resultados similares en aproximadamente 0,25 segundos.
Los investigadores utilizaron IA para desarrollar dos tipos de generadores, uno hecho a partir de capas apiladas de diferentes materiales y otro hecho de pares de materiales semiconductores que trabajan juntos para producir electricidad.
Los prototipos construidos en laboratorio alcanzaron eficiencias de conversión del 9,3 % y 8,7 %, respectivamente, lo que los sitúa entre los resultados más sólidos reportados para ese rango de temperatura.
Todavía no cura la termoeléctrica. La conversión de calor en electricidad está limitada por la termodinámica básica y estos dispositivos requieren diferencias sustanciales de temperatura para ser útiles.
La parte interesante es el costo. Mori dijo Espectro IEEE Los costos estimados sugieren que un costo de generación de energía industrialmente competitivo puede ser posible “por primera vez en la historia de la energía térmica”.
TEGNet también identificó diseños que podrían utilizar fabricaciones más simples y, en algunos casos, evitar el telururo de bismuto, un material termoeléctrico común pero costoso.
Esto podría ayudar a que los recolectores de calor residual y las bombas de calor domésticas de alta eficiencia sean más baratos, aunque la producción en el mundo real todavía necesita demostrar las cifras.
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