Zer da indar elektromagnetikoa?

Eremu elektromagnetikoak Maxwellen ekuazioen bidez matematikoki deskribatzen diren indar elektrikoko eta magnetikoko eremu ikusezinen konbinazioa dira. Fenomeno naturalek sortzen dituzte, baina baita giza jarduerek ere, batez ere elektrizitatearen erabileraren bidez.

Segurtasunaren ikuspegitik, eremu elektromagnetiko dinamikoei erradiazio ez-ionizatzaile eta ionizatzaile deitzen zaie, eta azken horiek zeluletan eta DNAn kalteak eragin ditzakete.

Nola laguntzen digu indar elektromagnetikoen aplikazioak bero-transferentziaren arazoak gainditzen?

Bero-transferentzia funtsezko prozesua da, ingeniaritzako hainbat aplikaziotan esku hartzen duena, hala nola gailu elektronikoen hoztean, bero-trukagailuetan eta kudeaketa termikoko sistemetan. Bero-transferentzia hobetzeko metodo tradizionalek bero-transferentziako gainazalen geometria aldatzea edo fluidoaren propietateak aldatzea ekarri ohi dute. Hala ere, metodo konbentzional horiek mugak dituzte bero-transferentziaren indizeetan hobekuntza nabarmenak lortzeko orduan.

Bero-transferentzia hobetzeko ikuspegiek ikuspegi aktiboak eta pasiboak izan ohi dituzte. Alde batetik, metodo pasiboek ez dute kanpo-energiarik behar, eta azalera aldatuak edo fluxuan zurrunbiloak eragiten dituzten elementuak erabiltzen dituzte. Bestalde, metodo aktiboan, kanpoko energia-ekarpenen bat behar da bero-transferentziaren tasa hobetzeko. Bero-transferentziaren hobekuntza aktiboaren barruan sartzen dira asaldura mekanikoa, gainazalaren bibrazioa, fluidoaren pultsazioa eta eremu elektriko edo magnetikoen aplikazioa. Hala ere, bi metodoek ez dute lan-fluidoaren izaera aldatzen, baizik eta konbekzio kaotiko bat sortzen dute.

Kanpoko eremu elektromagnetikoak erabiltzeak bero-transferentzia hobetzeko ikuspegi alternatiboa ematen du, sistemaren portaera termikoa manipulatuz.

Horrela, jakina da fluidoen fluxuak, eta, beraz, konbekzio bidezko bero-transferentziak, eragina izan dezakeela elektrizitatearen fluido eroaleak eremu magnetikoak, elektrikoak edo konbinatuak jasaten baditu.

Kanpoko eremu elektromagnetikoen aplikazioak eragina izan dezake bero-transferentzian, hainbat mekanismoren bidez. Hona hemen mekanismo nagusietako batzuk:

• Elektrohidrodinamika: eremu elektrikoak fluidoaren mugimendua eragiten du, bero konbektiboaren transferentzia hobetzen du nahasketa handiago baten bidez eta muga-geruzaren disrupzioa sustatzen du.
• Magnetohidrodinamika: Eremu magnetikoak fluido-fluxuaren ezaugarriei eragiten die Lorenz-en indarrak induzituz, eta horrek bero konbektiboaren transferentzia hobetzen du eta fluxuaren ezegonkortasunak ezabatzen ditu.
• Erradiazio elektromagnetikoa: Eremu elektromagnetikoek bero erradiatiboaren transferentziaren propietateak alda ditzakete erradiazio termikoaren xurgapena, emisioa eta dispertsioa aldatuz.
• Fase-aldaketa sustatzea: kanpoko eremuek eragina izan dezakete fase-aldaketako prozesuetan, hala nola irakitea eta kondentsazioa, burbuilen dinamika, filmaren lodiera eta aurpegiarteko fenomenoak aldatuz, eta horrek bero-transferentziaren errendimendua hobetzen du.

Benetako aplikazioak

Ikerketa berrienak kanpoko eremu elektromagnetikoen bidez bero-transferentzia areagotzeko teknika eta konfigurazio berriak arakatzean oinarritu dira. Hona hemen aurrerapen nabarmen batzuk:

• Eremu elektrikoak, mikrokanaletako konbekzio behartua hobetzeko, eta, ondorioz, osagai elektronikoen hoztea hobetzeko.
• Irakiten dauden igerilekuetako bero-transferentzia hobetzeko eremu magnetikoak, bero kritikoaren fluxua eta irakiten dagoen beroa transferitzeko koefizienteak areagotuz.
• Bero-trukagailuetan bero-transferentzia konbektiboa areagotzeko eremu elektriko eta magnetiko konbinatuak, ohiko metodoekin alderatuta errendimendu handiagoa emanez.
• Eremu elektromagnetikoek lagundutako lehortze-teknikak, hainbat materialen hezetasuna eraginkortasunez eta azkar ezabatzeko.

Elektrohidrodinamikaren aplikazioa (EHD)

Eremu elektriko moduan aplikatutako energia elektrikoa fluidoaren energia zinetiko bihurtzen da fluido dielektrikoak eremu elektrikoarekin elkarreragiten duenean. Bero-transferentzia hobetzea norabide erradialean fluidoaren mugimendua handitzearen ondorioz lortu zen, eta horrek muga-geruza etetea ekarri zuen. Adibidez, hurrengo irudian, eremu elektrikoak aire-korrontean duen eragina erakusten da. 16 kV-ren kasuan, goiko efektuko eremu elektrikoaren ondorioz koroatzen den haizea ikus daiteke, hain handia, ezen hodi sortarantz jariatzera bideratutako aire-korrontea ere alderantzikatzen baitu.

Magnetohidrodinamikaren aplikazioa (MHD)

Likidoen propietateak, hala nola eroankortasun termikoa eta biskositatea, aplikatutako kanpoko eremu magnetiko baten azpian alda daitezke. Eremu magnetikoa modu egonkorrean edo aldakorrean aplika daiteke denborarekin.

Eremu magnetikoaren inpaktua positiboa edo negatiboa izan daiteke. Inpaktu positibo batek esan nahi du kanpoko eremu magnetikoak bero-transferentzia handitzen duela, eta alderantziz inpaktu negatiborako. Kontrako emaitzak lortzeko arrazoietako bat da aplikatutako eremu magnetikoa ez zegoela norabide egokian, eta horrek bero-transferentzia ahultzeaz gain, nanofluidoen biskositatea ere handitu zuen, eta horrek rol negatiboa izan zuen.

Oso interesgarria da eremu magnetikoaren bi inpaktuak erabiliz aplikazio batzuetan erabiltzaileak fluido-fluxua eta bero-transferentziaren tasa atzeratu eta kontrolatu ahal izatea. Adibidez, azpiko ohantze bitartekoetan, eremu magnetiko bat erabiltzen dugu flotazio indarrak sortutako konbekzio naturala kontrolatzeko.

Beroaren transferentzia areagotzeko kanpoko eremu elektromagnetikoen ulermenean eta aplikazioan aurrerapen esanguratsuak lortu diren arren, oraindik hainbat erronka eta aukera daude.

CIC energiGUNEn, bero-transferentzia handitzeko fenomeno berriak aplikatzen hasi ginen, azpiko mekanismoak ulertuz eta teknika berritzaileak arakatuz. Horrela, benetako aplikazioetan bero-transferentzia areagotzeko indar elektromagnetikoen erabilera ikertzen ari gara; aplikazio horiek, zalantzarik gabe, energia berriztagarrien etorkizuneko merkatuaren kalitatea hobetzen laguntzen dute.