Un sólido puede servir como medio para las interacciones de las ondas de calor y de sonido al igual que un fluido para los motores termoacústicos y los refrigeradores, lo que da como resultado máquinas sin fugas que pueden permanecer en funcionamiento por más tiempo.

Los sistemas con fugas han limitado la forma en que los ingenieros diseñan los dispositivos termoacústicos que se basan en la interacción entre las oscilaciones de temperatura y las ondas sonoras. Investigadores de Purdue y la Universidad de Notre Dame han demostrado por primera vez que la termoacústica teóricamente podría ocurrir tanto en sólidos como en fluidos. presentando recientemente sus hallazgos en la 175ª Reunión de la Sociedad Estadounidense de Acústica.

"Aunque todavía está en su infancia, esta tecnología podría ser particularmente eficaz en entornos hostiles, como el espacio exterior, donde las fuertes variaciones de temperatura estén disponibles libremente y cuando las fallas del sistema pongan en peligro la misión en general, "dijo Fabio Semperlotti, Profesor asistente de Purdue de ingeniería mecánica.

La termoacústica ha sido un fenómeno establecido y bien estudiado en los fluidos, ya sea en forma de gas o líquido, durante siglos. "Aplicar calor a un fluido encerrado en un conducto o cavidad provocará la generación espontánea de ondas sonoras que se propagan en el propio fluido, "dijo Carlo Scalo, profesor asistente de ingeniería mecánica en Purdue. "Esto da como resultado las llamadas flautas cantantes, o máquinas termoacústicas ".

Si bien los fluidos se han utilizado históricamente para estos sistemas, el paso adicional de construir algo para contener los fluidos y prevenir fugas es engorroso. Esto llevó a los investigadores a considerar los sólidos como un reemplazo.

"Las propiedades de los sólidos son más controlables, lo que podría hacerlos potencialmente más adecuados para estas aplicaciones que los fluidos. Primero necesitábamos verificar que este fenómeno podría existir teóricamente en medios sólidos, "dijo el haitiano Hao, Asistente de investigación graduada de Purdue en ingeniería mecánica.

La termoacústica permite convertir el calor residual o las vibraciones mecánicas en otras formas útiles de energía. Para refrigeradores, Las ondas sonoras generan un gradiente de temperatura de frío y calor. El movimiento vibratorio hace que las áreas frías sean más frías y las áreas calientes más calientes.

Los motores utilizan un proceso opuesto:un gradiente de temperatura proporcionado por el calor residual conduce a vibraciones mecánicas.

La termoacústica de estado sólido inicialmente parecía poco probable, Dado que los sólidos son algo más "estables" que los fluidos y tienden a disipar la energía mecánica más fácilmente, dificultando que el calor genere ondas sonoras.

Los investigadores desarrollaron un modelo teórico que demuestra que una barra de metal delgada puede exhibir vibraciones mecánicas autosostenidas si se aplica periódicamente un gradiente de temperatura a los segmentos de la barra. Esta disipación de energía mecánica no deseada equilibrada y mostró que, como fluidos, los sólidos se contraen cuando se enfrían y se expanden cuando se calientan. Si el sólido se contrae menos cuando se enfría y se expande más cuando se calienta, el movimiento resultante aumentará con el tiempo.

Los sólidos también se pueden diseñar para lograr las propiedades necesarias para lograr un alto rendimiento termoacústico. "Los fluidos no nos permiten hacer esto, "Dijo Semperlotti.

Las diferencias extremas de temperatura en el espacio serían perfectas para generar vibraciones mecánicas que luego se convierten en energía eléctrica en las naves espaciales.

"Un dispositivo de estado sólido usaría el sol como su fuente de calor y la radiación hacia el espacio profundo como su fuente de frío, ", Dijo Semperlotti." Estos sistemas podrían funcionar indefinidamente, dado que no tienen ninguna parte en movimiento ni líquido que pueda derramarse ".

Los investigadores aún deben completar una configuración experimental para validar esta idea de diseño y comprender mejor la termoacústica de los sólidos descubiertos a través de cálculos matemáticos y modelado.

"Las posibles aplicaciones y el rendimiento de estos dispositivos todavía se encuentran en el ámbito de la pura especulación en este momento, ", Dijo Semperlotti." Pero el fenómeno existe y tiene el potencial de abrir algunas direcciones notables para el diseño de dispositivos termoacústicos ".