A medida que el mundo continúa buscando fuentes alternativas de combustible para alimentar su insaciable apetito de energía mientras reduce la dependencia de los combustibles fósiles, una nueva fuente puede estar en un lugar inesperado: los sonidos que nos rodean.
Las investigaciones sobre la energía sonora han estado en curso durante muchos años, pero el uso del sonido como fuente de energía todavía está en sus etapas incipientes. Este artículo analizará lo que se entiende por energía sonora, sus diversos usos y su viabilidad como fuente de energía alternativa.
¿Qué Es la Energía Sonora?
Hay muchos tipos diferentes de energía, y la energía sonora es el resultado de las vibraciones de las ondas sonoras.
Pero, ¿cómo sucede esto en realidad? Cuando una perturbación hace que un objeto o sustancia vibre, la energía producida por la vibración viaja a través del objeto en forma de ondas sonoras. El objeto o sustancia que vibra debe ser sólido, líquido o gas.
Algo tan básico como agitar las manos en una sustancia como el aire causaría suficientes vibraciones que llevarían a ondas sonoras. Las ondas sonoras producidas por estos medios no son lo suficientemente fuertes para ser escuchadas por los humanos, pero el principio es el mismo para las ondas sonoras que son audibles para nuestros tímpanos. Las vibraciones hacen que las moléculas de la sustancia choquen entre sí y creen un efecto de arrastre que conduce a la producción de ondas de sonido.
Hay dos tipos principales de ondas: ondas longitudinales (o de compresión) y ondas transversales. Las ondas longitudinales se forman cuando las ondas se mueven en la misma dirección que la fuerza que actúa sobre la sustancia. Las áreas donde las ondas son más compactas se llaman compresiones; aquellas áreas donde las ondas son más extendidas se conocen como rarefacciones.
Las ondas transversales, por otro lado, se mueven en una dirección perpendicular a la fuerza aplicada. Mientras que las ondas longitudinales pueden ocurrir en cualquiera de las tres sustancias, sólidos, líquidos o gases, las ondas transversales solo pueden moverse a través de los sólidos.
Las vibraciones que producen estas ondas sonoras son sentidas por nuestros oídos, que luego les dan sentido. Para que los oídos humanos detecten una vibración de sonido, tiene que estar en movimiento en cualquier lugar entre 20 vibraciones por segundo y 20,000 vibraciones por segundo. Más vibraciones de sonido por segundo indica un sonido de tono más alto. Estas vibraciones sonoras se miden en Hertz, lo que denota la frecuencia de un sonido.
Sin embargo, la intensidad de un sonido se mide en decibelios (dB), con una conversación normal de alrededor de 60 dB.
¿Cómo Se Utiliza La Energía Sonora?
fuente
Aunque la atención a la energía sonora como posible reemplazo de otras fuentes de energía es un fenómeno relativamente nuevo, hay ejemplos de energía sonora que los humanos hemos utilizado durante mucho tiempo para actividades vitales.
Un ejemplo de energía acústica ha contribuido a salvar vidas. Cuando los pilotos se escapan de un avión que está experimentando problemas de motor y se bajan al mar, pueden liberar una pequeña carga explosiva que emite energía sonora.
El sonido de un pequeño explosivo viaja miles de metros en el océano profundo porque está atrapado en el canal de sonido profundo, conocido como SOFAR o Canal de Fijación y Alcance de sonido. El sonido puede ser captado por dispositivos especiales en el océano y se puede determinar la ubicación del piloto caído, lo que permite su rescate.
Otro ejemplo de energía sonora es uno que es familiar para muchos de nosotros: el uso de ultrasonido. El ultrasonido se compone de ondas longitudinales de muy alta frecuencia que se pueden usar para romper cálculos biliares y renales. También se usa comúnmente con fines de diagnóstico por imágenes médicas durante el embarazo de una mujer.
Un tercer ejemplo de energía sonora es uno que normalmente no se asocia con los seres humanos: la ecolocalización. Es de conocimiento común que animales como delfines, ballenas y murciélagos usan la ecolocalización para ayudarlos a navegar y cazar. Estas criaturas envían ondas de sonido que rebotan en los objetos y regresan a ellos como ecos, lo que les indica la ubicación de la presa u obstáculos en su camino.
Pero, ¿sabías que algunos humanos también usan ecolocalización? Algunas personas ciegas y con discapacidad visual lo hacen haciendo chasquidos con la lengua o golpeando con sus bastones. Las ondas de sonido que crean rebotan en los objetos y sirven para informarles sobre su ubicación, tamaño y textura.
¿Puede la Energía Sonora Sustituir A Los Combustibles Fósiles?
fuente
Los investigadores han estado investigando la energía acústica como una de las formas renovables de energía en las últimas décadas. Los investigadores están interesados en ella porque la energía sonora contiene dos tipos de energía mecánica, potencial y cinética, lo que significa que tiene la capacidad de hacer trabajo. Obtenga más información en nuestra guía que explica la diferencia entre energía potencial y energía cinética.
Sin embargo, la tecnología para aprovechar la energía sonora como fuente de energía aún no ha alcanzado la etapa en la que se pueda utilizar a escala. Por ejemplo, el sonido de un taladro neumático, algo que a la mayoría de nosotros nos parece demasiado intenso, genera solo una centésima parte de un vatio de energía por metro cuadrado, mientras que la energía solar en la misma área produciría hasta 680 vatios.
Sin embargo, la omnipresencia de los sonidos en nuestro entorno hace que aprovechar la energía sonora para obtener energía sea una perspectiva tentadora. Los científicos se refieren a esto como recolección de energía acústica, y la investigación sobre su potencial como fuente de energía se ha centrado principalmente en tres tecnologías: resonadores Helmholtz, metamateriales acústicos y motores termoacústicos. Echemos un vistazo más de cerca a los tres.
Resonadores Helmholtz
Los resonadores Helmholtz se utilizan para amplificar o absorber el sonido. En un experimento, los investigadores se basaron en esta propiedad para capturar y amplificar sonidos en una estación de tren. Luego convirtieron la energía sonora en energía eléctrica con la ayuda de un módulo generador de electricidad. La potencia de salida resultante fue suficiente para operar pequeños dispositivos electrónicos.
Metamateriales acústicos
Este tipo de materiales están diseñados para manipular ondas sonoras para lograr un objetivo particular. Los que se están desarrollando para aprovechar la energía del sonido amplifican las ondas de sonido entrantes y concentran la energía de las ondas de sonido para permitir su conversión en energía eléctrica. Las estructuras piezoeléctricas se utilizan comúnmente para diseñar metamateriales acústicos.
Motores termoacústicos
Estos tipos de motores convierten el calor en energía acústica a partir de la cual se obtiene energía eléctrica. Los motores termoacústicos se consideran una tecnología fácil y confiable de usar. Sin embargo, depende de una fuente de alimentación externa para impulsar su proceso de recolección de energía, a diferencia de los otros dos. Entre sus aplicaciones se encuentra la recuperación del calor residual de los gases de escape de los automóviles para reducir las emisiones, que luego se convierte en energía sonora a partir de la cual se cosecha energía eléctrica.
Sin embargo, estos métodos de recolección de energía acústica son limitados en su aplicación en el mundo real. Una de las razones es que algunos métodos solo funcionan con una banda estrecha de frecuencias, mientras que muchos de los sonidos disponibles para la recolección de sonido en la vida moderna se encuentran en el rango de frecuencias de banda ancha. Una limitación aliada es que las áreas utilizadas para recolectar sonidos, como en el caso de los metamateriales acústicos, son típicamente muy pequeñas, por lo que no se puede recolectar mucha energía.
¿Es la Energía Sólida una Fuente de Energía Renovable?
fuente
El uso de la energía acústica como fuente de energía renovable está aún más en sus etapas experimentales. Uno de esos experimentos captó el ruido generado en tres estaciones de autobuses. Con la ayuda de metamateriales acústicos, es decir, piezoeléctricos, convirtió este ruido en energía eléctrica.
Los investigadores dijeron que su objetivo era reducir el uso de fuentes de energía no renovables al tiempo que creaban «energía eléctrica verde sostenible» que pudiera usarse para encender farolas. Los lugares donde capturaban sonido de forma rutinaria tenían niveles de ruido de alrededor de 80 decibelios y la energía capturada producía alrededor de 0,024 vatios hora de un área de alrededor de 1,5 metros cuadrados.
Sin embargo, algunas empresas parecen haber avanzado en el uso de esta forma de energía a escala comercial. Una tecnología financiada por el Departamento de Energía, conocida como Mezcla acústica Resonante (RAM), desarrollada por Resodyn Corp., se comercializa para su uso en industrias que realizan mezclas como una parte importante de su proceso de producción.
Las vibraciones de sonido se utilizan para mezclar líquidos y lodos, como en la fabricación de cerámica, alimentos y productos farmacéuticos, y para el tratamiento del agua. Hasta ahora, la compañía ha vendido las mezcladoras tanto en los Estados Unidos como en el extranjero y ha introducido mezcladoras de capacidades muy variadas.
Otra aplicación comercial de la energía sólida como energía renovable está siendo realizada por el fabricante de aviones Boeing. La compañía presentó una patente en 2015 para una tecnología que recolectaría los sonidos de los aviones que despegan en los aeropuertos y convertiría ese sonido en electricidad para su uso como energía.
Investigadores de la Universidad RMIT de Australia desarrollaron otra aplicación patentada de energía sonora. Los científicos han patentado una tecnología que utiliza ondas de sonido de alta frecuencia para administrar vacunas por inhalación en lugar de usar agujas.
Una aplicación aún más práctica de la tecnología de energía sonora implica una cocina sónica desarrollada por investigadores de la Universidad de Nottingham, que utiliza energía sonora para producir electricidad para alimentar estufas. Las estufas, que producen 36 vatios de electricidad, se han probado en Asia. Se considera una tecnología transformadora, ya que muchas personas en el África subsahariana y algunas partes de Asia carecen de suministro de electricidad.
¿Se Puede Almacenar Energía Sonora?
fuente
El mismo problema que obstaculizó la absorción de la mayoría de las formas de energía renovable durante varios años surge con la energía sonora: ¿Cómo almacena la energía después de haberla capturado?
Normalmente, cualquier tipo de onda mecánica, incluidas las ondas sonoras, cambiará su forma al entrar en contacto con un objeto. Parte de ella será absorbida por el material con el que entra en contacto o se dispersará. Cuando las ondas de sonido son absorbidas, se convierten en otra forma de energía.
Los investigadores han desarrollado una forma de almacenar energía acústica hasta que sea necesaria para que se convierta en energía eléctrica solo a demanda. Conocida como absorción virtual coherente, la técnica básicamente interrumpe la forma en que las ondas de sonido suelen interactuar con los materiales para permitir que la energía se almacene en lugar de perderse o transformarse en energía eléctrica antes de que sea necesaria.
Hace casi dos décadas, se presentó una patente para una tecnología para almacenar energía del sonido. Implica el uso de volantes de inercia que almacenarían energía eléctrica durante largos períodos y se dijo que era un dispositivo particularmente útil para el almacenamiento en áreas remotas.
Queda por ver si alguna de estas tecnologías y patentes eventualmente despegará y se generalizará o se desarrollará para su uso a escala. Sin embargo, destacan que los investigadores se están comprometiendo con el desafío apremiante de encontrar alternativas a los combustibles fósiles contaminantes que están impulsando el cambio climático y los desastres naturales en todo el mundo. Por lo tanto, cualquier esfuerzo de este tipo debe ser aplaudido.
¿La Energía Del Sonido Es Solo Para Tus Oídos?
Como muestra este artículo, la energía sonora hace mucho más que satisfacer las necesidades de los seres humanos para comunicarse, ya sea a través del uso de instrumentos musicales o del habla. El artículo ha mostrado algunas de las muchas aplicaciones posibles de la ciencia detrás de la forma en que viaja la energía sonora debido a las moléculas de aire y las innovaciones tecnológicas que se están logrando. Tal vez esa investigación conduzca a la utilización de dispositivos acústicos que ofrezcan a las personas con discapacidad visual una independencia aún mayor. También puede haber descubrimientos de nuevas formas de localizar personas u objetos perdidos, o de aprovechar este recurso renovable para obtener electricidad.
Traído a usted por taranergy.com
Todas las imágenes con licencia de Adobe Stock.
imagen Destacada