Se utilizan en algunos tipos de bater\u00edas, as\u00ed como en las futuras plantas de energ\u00eda solar y en la refrigeraci\u00f3n de los reactores de fusi\u00f3n<\/p>\n
Algunos metales se encuentran en forma l\u00edquida, el principal ejemplo es el mercurio. Pero tambi\u00e9n hay enormes cantidades de metal l\u00edquido en el n\u00facleo de la Tierra, donde las temperaturas son tan elevadas que parte del hierro se funde y experimenta flujos complejos. Un equipo del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha simulado ahora un proceso similar en el laboratorio y ha hecho un descubrimiento sorprendente: En determinadas circunstancias, el flujo de metal l\u00edquido es mucho m\u00e1s turbulento de lo esperado, y esto tiene un impacto significativo en el transporte de calor.<\/p>\n
Las temperaturas en el interior de la Tierra son tan altas que parte de su n\u00facleo de hierro es l\u00edquido. Este hierro l\u00edquido est\u00e1 en constante movimiento, agit\u00e1ndose y circulando continuamente. Act\u00faa como una dinamo, provocando la generaci\u00f3n del campo magn\u00e9tico de nuestro planeta. Una de las fuerzas motrices de este complejo comportamiento del flujo del hierro es la rotaci\u00f3n de la Tierra, otra es lo que se denomina \u00abconvecci\u00f3n\u00bb, impulsada por las diferencias de temperatura: Al igual que el aire caliente sube por encima de un radiador, donde desplaza al aire m\u00e1s fr\u00edo, el hierro relativamente caliente del n\u00facleo de la Tierra fluye hacia zonas m\u00e1s fr\u00edas, lo que provoca una transferencia de calor. Sin embargo, todav\u00eda se sabe poco sobre c\u00f3mo se producen estos procesos en detalle. Para entenderlos mejor, los expertos tienen que recurrir a c\u00e1lculos te\u00f3ricos y simulaciones por ordenador, as\u00ed como a experimentos que simulan lo que ocurre -al menos hasta cierto punto- a escala de laboratorio.<\/p>\n
Uno de estos experimentos se realiz\u00f3 recientemente en el Instituto de Din\u00e1mica de Fluidos del HZDR. \u00abTomamos dos recipientes cil\u00edndricos: uno relativamente peque\u00f1o, del tama\u00f1o de un cubo, y otro con forma de barril y un volumen de 60 litros\u00bb, explic\u00f3 el Dr. Tobias Vogt, director del proyecto. \u00abLlenamos estos recipientes con una aleaci\u00f3n met\u00e1lica de indio, galio y esta\u00f1o, que es l\u00edquida a temperatura ambiente\u00bb. Los expertos calentaron el fondo de los recipientes mientras enfriaban la parte superior, creando una diferencia de temperatura de hasta 50 grados cent\u00edgrados entre las capas superior e inferior.<\/p>\n
Esta gran diferencia de temperatura hizo que el metal l\u00edquido del interior de los recipientes se agitara: Impulsado por la convecci\u00f3n, las zonas de flujo localmente m\u00e1s calientes, como las columnas, se elevaron y se mezclaron con las partes m\u00e1s fr\u00edas, de forma similar a una l\u00e1mpara de lava. Sin embargo, como la aleaci\u00f3n met\u00e1lica utilizada por el equipo es opaca, tuvieron que recurrir a una t\u00e9cnica anal\u00edtica especial: \u00abSe trata de un m\u00e9todo de ultrasonidos utilizado en medicina\u00bb, explic\u00f3 el Dr. Sven Eckert, jefe del Departamento de Magnetohidrodin\u00e1mica de la HZDR. \u00abInstalamos unos 20 sensores ultras\u00f3nicos en los recipientes, lo que nos permite detectar c\u00f3mo fluye el metal l\u00edquido en su interior\u00bb.<\/p>\n
Al analizar los datos, el grupo de investigaci\u00f3n hizo un descubrimiento sorprendente. Durante los experimentos, los expertos esperaban encontrar la agrupaci\u00f3n de \u00e1reas de flujo individuales para formar una estructura mayor y m\u00e1s extensa, conocida como circulaci\u00f3n a gran escala. \u00abEsto es comparable a un viento t\u00e9rmico, que es capaz de transportar el calor de forma muy eficaz entre la parte superior y la inferior\u00bb, inform\u00f3 Vogt. \u00abDe hecho, pudimos observar este viento t\u00e9rmico en el recipiente m\u00e1s peque\u00f1o, pero con el recipiente m\u00e1s grande, el barril, las grandes diferencias de temperatura llevaron a una ruptura casi completa del viento\u00bb. Esto significaba que el calor no se transportaba con la eficacia esperada. \u00abCreemos que la causa de esto es la formaci\u00f3n de turbulencias a escala mucho m\u00e1s peque\u00f1a, en lugar de unos grandes remolinos, lo que hace que el transporte de calor sea menos eficaz\u00bb, declar\u00f3 Vogt.<\/p>\n
Estos nuevos hallazgos podr\u00edan tener implicaciones para lo que ocurre en el n\u00facleo de la Tierra: \u00abPara entender lo que ocurre, los expertos intentan extrapolar los resultados de los experimentos de laboratorio a la escala de la Tierra\u00bb, explic\u00f3 Sven Eckert. \u00abPero ahora hemos demostrado que el calor se transporta con menos eficacia en determinadas condiciones de lo que suger\u00edan los experimentos anteriores\u00bb. Esto significa que las predicciones para la Tierra probablemente tambi\u00e9n producir\u00e1n valores diferentes. \u00abSin embargo, los procesos de la vida real en el n\u00facleo de la Tierra son mucho m\u00e1s complejos que en nuestros experimentos de laboratorio\u00bb, a\u00f1adi\u00f3 Tobias Vogt. \u00abPor ejemplo, el flujo de hierro l\u00edquido tambi\u00e9n est\u00e1 influenciado por el campo magn\u00e9tico y la rotaci\u00f3n de la Tierra; en definitiva, sabemos muy poco sobre estos procesos de flujo\u00bb.<\/p>\n
De hecho, los nuevos descubrimientos tambi\u00e9n podr\u00edan resultar relevantes para la tecnolog\u00eda, especialmente en las \u00e1reas relacionadas con los metales l\u00edquidos. Por ejemplo, los metales l\u00edquidos se utilizan en algunos tipos de bater\u00edas, as\u00ed como en las futuras plantas de energ\u00eda solar y en la refrigeraci\u00f3n de los reactores de fusi\u00f3n. Para poder observar a\u00fan m\u00e1s de cerca el transporte de calor en los metales l\u00edquidos, el equipo del HZDR est\u00e1 trabajando actualmente en una t\u00e9cnica anal\u00edtica avanzada. \u00abSe espera que los sensores de inducci\u00f3n especiales registren los flujos con mayor detalle que hasta ahora y produzcan verdaderas im\u00e1genes en 3D\u00bb, se\u00f1al\u00f3 Sven Eckert. \u00abNuestras primeras mediciones son muy prometedoras\u00bb.<\/p>\n