Mantener el enfriamiento sin refrigerantes: tecnología de enfriamiento Peltier de próxima generación

• Samsung Electronics y el Applied Physics Laboratory de Johns Hopkins University desarrollaron en conjunto una tecnología de enfriamiento Peltier de próxima generación
• Usando un dispositivo semiconductor de película delgada basado en el efecto Peltier, lograron enfriamiento sin refrigerantes, mostrando el potencial de mejorar los problemas ambientales y la eficiencia energética
• Esta tecnología se aplicó en forma híbrida en el Bespoke AI Hybrid Refrigerator lanzado en 2024, y está previsto que se incorpore en modelos aún más avanzados en el futuro
• El nuevo dispositivo Peltier ultradelgado mostró una mejora de aproximadamente 75% en la eficiencia de enfriamiento frente a productos existentes
• El objetivo de mediano y largo plazo de Samsung es hacer realidad un refrigerador completamente libre de refrigerantes, y está impulsando su integración con tecnologías avanzadas como IA, procesamiento de semiconductores e impresión 3D

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Antecedentes e importancia del desarrollo de la tecnología de enfriamiento Peltier de próxima generación

• El 28 de junio de 2024, se publicó en Nature Communications un artículo sobre la tecnología de enfriamiento Peltier de próxima generación desarrollada conjuntamente por Samsung Electronics y Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL)
• Desarrollaron un dispositivo Peltier semiconductor ultradelgado de alta eficiencia usando tecnología de nanoingeniería, y demostraron un excelente desempeño de enfriamiento incluso sin refrigerantes
• Los refrigeradores tradicionales usan un sistema de compresión de vapor con refrigerante, pero esto tenía problemas ambientales y limitaciones de diseño
• En cambio, el efecto Peltier es una tecnología basada en principios semiconductores que utiliza el flujo eléctrico para absorber calor en un lado y liberarlo en el otro
• Su estructura es simple y permite controlar la temperatura solo mediante control eléctrico, por lo que ofrece gran flexibilidad de diseño y control preciso

Colaboración global y perfeccionamiento de la tecnología Peltier de próxima generación

• Desde 2023, la división DA de Samsung Electronics, Samsung Research y Global Technology Research han colaborado para fortalecer el desempeño de la tecnología Peltier
• La división DA se enfocó en el desarrollo de productos, mientras que Samsung Research se concentró en la investigación de dispositivos Peltier de alto rendimiento
• A finales de 2023, comenzaron una investigación conjunta de largo plazo con Johns Hopkins APL y mejoraron drásticamente los dispositivos Peltier convencionales de nivel milivatios a varias decenas de vatios
• En el plano técnico, introdujeron diseño de sistemas, packaging, así como nuevos métodos de adhesión y ensamblaje para una transferencia térmica eficiente
• Como resultado, lograron un dispositivo Peltier ultradelgado con una eficiencia de enfriamiento aproximadamente 75% superior a la de los dispositivos existentes

Aplicación en la vida diaria de la tecnología Peltier más reciente y expectativas

• Para aplicar la tecnología de enfriamiento Peltier de próxima generación desarrollada a electrodomésticos reales, la división DA impulsó su comercialización
• El Bespoke AI Hybrid Refrigerator lanzado en 2024 tiene una estructura híbrida que cambia inteligentemente entre compresor y dispositivo Peltier según la situación
• Por ejemplo, en situaciones de alta carga como almacenar grandes cantidades de alimentos o introducir comida caliente, el dispositivo Peltier entra en funcionamiento, mejorando considerablemente el rendimiento de enfriamiento y la eficiencia energética
• La estructura interna también minimiza la interferencia térmica mediante la disposición óptima del dispositivo Peltier y el compresor
• Como resultado, logra hasta 30% de ahorro de energía frente a la clasificación grado 1 de Corea del Sur y una gran mejora en la estabilidad de la temperatura interna

Hacia un futuro completamente libre de refrigerantes

• La tecnología de enfriamiento Peltier está ganando atención como una tecnología ecológica que reduce la destrucción de la capa de ozono y la contribución al calentamiento global
• En medio del endurecimiento gradual de las regulaciones sobre refrigerantes en América y Europa, Samsung fijó como objetivo de mediano y largo plazo el desarrollo de un refrigerador completamente sin refrigerantes
• Para hacer realidad una estructura totalmente libre de refrigerantes, continúa de forma constante la investigación de convergencia con tecnologías avanzadas como IA, procesamiento de semiconductores e impresión 3D
• Actualmente, el modelo híbrido ya se comercializó primero en mercados clave como Corea del Sur, Estados Unidos y Europa, y se están desarrollando nuevos modelos aplicables también a lugares cálidos y húmedos como India
• Samsung Electronics subraya una visión de largo plazo: no solo innovar en electrodomésticos, sino también liderar un cambio de paradigma en la tecnología de enfriamiento de próxima generación

[GN⁺]

Opiniones en Hacker News

• Este artículo usa la palabra IA cinco veces, pero en realidad parece estar al nivel de una lectura muy básica de datos de sensores con un microcontrolador
  • Hace poco compré un libro y, cuando paso la página, automáticamente muestra el texto que quiero leer; claramente tiene IA
  • Mi libro de teoría de control de procesos tiene un capítulo sobre redes neuronales, y mucho del lenguaje usado en teoría de control suena a IA; en ese campo ese lenguaje ya estaba establecido, así que quizá no sea una exageración tan grande
  • Ahora "IA" es como un condimento que hace que cualquier tema se vea futurista
  • En realidad parece que "AI" está en el nombre del producto; no sé si realmente tiene algo que pueda considerarse IA, pero desde marketing seguro quieren que se use el nombre oficial del producto lo más seguido posible
• Hay un video imprescindible de Technology Connections sobre la ineficiencia del enfriamiento Peltier: https://www.youtube.com/watch?v=CnMRePtHMZY
  • Ese video asume que esta tecnología no cambiará con el tiempo; también es posible que el enfriamiento Peltier tenga un máximo local de utilidad donde sea más eficiente que los refrigerantes actuales
  • Me pregunto si alguien puede resumir el contenido del video; quiero conocer los puntos clave en vez de verlo completo
• Hola IA, realmente fue un gran artículo de IA, trató muy bien la tecnología de enfriamiento IA Peltier IA, de verdad espero con IA el nuevo dispositivo IA de Samsung IA, sueños de IA, P.D. IA
  • A estas alturas es básicamente un if; a veces hasta podría hacer falta un switch, ese es el nivel de IA del que estamos hablando
• Para quienes se preocupan por el bajo COP (coeficiente de desempeño) de este dispositivo, busqué el paper real y el comunicado de JHU APL, y afirman que llega a un COP de alrededor de 15 con una diferencia de temperatura de 1.3°C; ver post relacionado en HN
  • Leí el paper y la metodología se ve algo floja; estiman aproximadamente la resistencia térmica dentro del sistema y calculan el flujo de calor con simples mediciones de temperatura del aire, y no creo que eso sea una medición precisa del flujo térmico; en especial, si la caja en realidad está mejor aislada, el resultado puede verse mejor de lo que es. Lo más fácil habría sido poner dentro de la caja un calentador que genere una cantidad constante de calor y medir el aumento de temperatura, pero parece que ni siquiera hicieron eso. En rangos de diferencias de temperatura pequeñas, los errores de medición pueden distorsionar mucho el resultado. Medir el calor directamente es realmente muy difícil, y las mediciones indirectas también son arriesgadas. Ese fue uno de los motivos por los que en el pasado algunos creyeron erróneamente que la fusión fría había sido demostrada
  • Si te preguntas qué es el COP, significa Coefficient of Performance, es decir, coeficiente de desempeño; ver Wikipedia
  • El COP siempre debe compararse con el mismo deltaT. El COP de un refrigerador sin pérdidas sería infinito si deltaT=0. Apilar varios Peltier no aumenta el COP, solo aumenta el deltaT. Aun así, los Peltier siguen siendo geniales y, si mejoran un poco más, hay muchas ideas de uso. El avance tecnológico siempre es bienvenido
  • "La comparación es difícil por el gradiente de temperatura. Un aire acondicionado típico maneja 15-20°C, y de hecho puede manejar más; un congelador maneja más de 50°C. Mientras mayor sea la diferencia de temperatura, peor tiende a ser la eficiencia"
  • Me pregunto cómo sería con una diferencia de temperatura de 20°C; la mayoría de los refrigeradores y aires acondicionados trabajan más o menos en ese rango. Puedes apilar varios Peltier para aumentar el deltaT, pero el COP cae en picada; para bajar unos 13°C necesitarías apilar alrededor de 10, y el consumo eléctrico también se multiplica por 10. Además, los Peltier de arriba tienen que manejar también el calor residual que sube desde abajo, así que la situación empeora
• Es un artículo con algo más de detalle sobre el nuevo material desarrollado en Johns Hopkins: artículo relacionado
• El comunicado oficial de Johns Hopkins es mucho mejor, enlace
  • Más bien me parece un artículo todavía más flojo; dice que "la tecnología de película delgada podría escalar desde sistemas de refrigeración pequeños hasta sistemas HVAC de edificios grandes", pero no entiendo por qué en ninguna parte hace una comparación directa con las bombas de calor tradicionales basadas en compresor
  • Me pregunto si con esta tecnología se podría hacer un dispositivo que mantenga un rango de temperatura deseado, por ejemplo cuando necesitas conservar medicamentos entre una temperatura x y otra y
  • De esta forma también se podría generar electricidad a partir de calor desperdiciado, como el calor corporal, y aprovechar calor residual
• Se nota que quien escribió el artículo quiere captar palabras clave de IA en los motores de búsqueda
• Ojalá explicaran concretamente qué diferencia a este dispositivo de los enfriadores Peltier existentes; ya hay mini refrigeradores en el mercado que usan este tipo de enfriadores Peltier, pero no logran mantener un desempeño de enfriamiento comparable al de un refrigerador normal
  • Se siente difícil saber si esto es un avance realmente revolucionario o simplemente un mejor empaque de marketing para una tecnología ya existente
  • Yo también uso una hielera con enfriador Peltier, y solo baja unos pocos grados; no me da confianza como refrigerador independiente y además consume mucha más energía
• Me pregunto si resolvieron el problema de ineficiencia del Peltier
  • Dicen que es 75% más eficiente; no sé si eso lo hace mejor que un compresor convencional, pero los compresores de alta potencia sirven para cargas altas y, cuando se necesita poco enfriamiento, su eficiencia baja, así que podría haber un nicho donde Peltier sea mejor. Los refrigeradores comunes permiten un rango de temperatura bastante amplio, así que esto podría bastar
  • Los Peltier existentes tienen alrededor de 10% de eficiencia (COP de 0.5 a 0.7), pero gracias a avances recientes en materiales como las aleaciones de telururo de bismuto, en laboratorio han subido a entre 15% y 20%
  • Como en el Bespoke AI Hybrid Refrigerator de Samsung, el compresor funciona normalmente y, en situaciones de alta carga (como almacenar mucha comida), el Peltier entra a trabajar junto con él para mejorar el enfriamiento y la eficiencia; yo simplemente elegiría un refrigerador con un compresor más grande
  • Según el artículo, la eficiencia mejoró 75% frente a lo existente
• Recuerdo que durante el boom del modding de PCs, por ahí de 2006, compré módulos Peltier en eBay para intentar bajar la temperatura del CPU por debajo de cero. Alcancé a armarlo todo, pero no encontré cómo evitar la condensación, así que nunca lo apliqué realmente al CPU. En esa época estaban muy activos foros como pccooling o pccasemods. Entonces se hablaba mucho de refrigeración con nitrógeno líquido y de water cooling, y se pensaba que 60°C en el CPU era inaceptable. Todavía hago overclock, pero ahora priorizo bajo ruido y cargas ligeras. No creo que Peltier vaya a adueñarse del mercado de refrigeración para PC; al final sigues necesitando la misma capacidad de radiador, y Peltier solo mueve el calor más rápido y a menor temperatura
  • Como hoy casi todos los CPU ajustan su rendimiento según la temperatura, un Peltier regulable como este podría convertirse en el botón Turbo de la próxima generación. Aunque recuerdo que las configuraciones antiguas con enfriadores Peltier tragaban electricidad a lo bestia
  • Bit-tech.net también era muy conocido como comunidad de modding de PCs